JP6632282B2 - 受電装置、受電装置の制御方法、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、非接触給電と接触給電を選択可能な給電システムの受電装置に関する。

電気電子機器に非接触で電力を伝送する非接触給電システムが実用化されている。このような非接触給電システムの一つに、給電装置側に一次コイルを、受電装置側に二次コイルを配置し、電磁結合により電力を給電側から受電側に伝送する方式が知られている（特許文献１参照）。

例えば、給電装置では商用電源電圧を高周波インバータ回路により高周波交流電圧に変換して６０〜６００ｋＨｚの高周波電流を一次コイルに印加する。受電装置では、二次コイルで誘起された交流電圧を二次整流平滑回路で直流に変換し、二次電池を充電する。

このような非接触給電の機能は、従来のケーブル接続を介した接触給電の機能とともに電気電子機器に搭載され、ユーザは状況に応じてどちらの給電機能を利用して、機器の電源を充電するのかを選択することができる。

また、非接触給電のための一次コイルと二次コイルを、受電装置から給電装置へのデータ伝送に使用することも知られている。例えば、給電装置は、受電装置機器のＩＤ情報及び充電状態を取得できる。

特開平１１−９８７０６号公報

非接触給電系をデータ伝送にも利用可能な非接触給電システムにおいて、有線接続による接触給電を選択できるようにした場合、従来例では、非接触給電部を無効にしてしまうため、接触給電の状態で非接触給電系のデータ伝送を利用できない。この結果、例えば、給電装置が受電装置の状況、例えば充電の程度等を把握できなくなることがある。

本発明はこのような問題を解決し、非接触給電系を介したデータ伝送を、接触給電を採用した場合でも利用できるようにした、給電システムの受電装置を提示することを目的とする。

本発明に係る受電装置は、接続端子を介した有線の伝達経路を用いて受電する接触受電手段と、給電装置との非接触結合を介した無線の伝達経路を用いて受電する非接触受電手段と、前記接触受電手段の受電及び前記非接触受電手段の受電が可能であるか否かを判断し、前記接触受電手段及び前記非接触受電手段による充電池の充電を制御する制御手段とを有し、前記非接触受電手段および前記接触受電手段の両方で受電が可能である場合、前記制御手段は、前記接触受電手段が受電した電力で前記充電池を充電すると共に、前記給電装置との前記非接触結合を介して前記給電装置と通信することを可能にするよう制御し、前記接続端子を介した有線の伝達経路を用いて受電することができなくなった場合、自動的に前記非接触受電手段による受電を開始するよう制御し、前記給電装置との前記非接触結合を介して前記給電装置とデータを通信している状態で、前記接続端子を介した有線の伝達経路を用いて受電することができなくなった場合、前記データの通信が完了するまで、前記非接触受電手段による受電を開始しないよう制御することを特徴とする。

本発明によれば、接触受電と非接触受電を利用可能な機器において、接触受電時に、非接触受電のための非接触結合を介した通信を利用することができる。

本発明の一実施例の外観図である。 本実施例の概略構成ブロック図である。 本実施例のメイン処理のフローチャートである。 本実施例の非接触充電モードの動作フローチャートである。 本実施例の接触充電モードの動作フローチャートである。 本実施例の非接触無線通信付き接触充電モードの動作フローチャートである。 給電装置と受電装置との間の通信のタイミング例である。 給電装置と受電装置との間の通信のパケット構造例である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明に係る受電装置の一実施例の外観図を示す。

受電装置１００は、例えば、充電可能な電池で動作する、携帯電話ノート型パーソナルコンピュータ又は携帯情報機器等のポータブル機器である。本実施形態の受電装置１００は、非接触無線の電力伝達経路と、有線の電力伝達経路の二つの経路から受電が可能である。具体的には、受電装置１００は、給電装置１７０と非接触で接続する電力供給及びデータ伝送のための非接触結合部１０２を底面に具備し、給電装置１７０から非接触で給電されうる。受電装置１００はまた、電源ケーブル１０４及びその先の電源プラグ１０６をコンセントに差すことで、ＡＣ電源から給電されうる。電源ケーブル１０４及び電源プラグ１０６は、接触伝送で電力を受ける接触受電手段の一部を構成する。

受電装置１００はまた、ユーザからの入力を受け付ける操作部１０８、及び、種々の情報を表示する表示部１１０を具備する。

図２は、受電装置１００の概略構成ブロック図を示す。受電装置１００の磁芯１１２には、受電用コイル１１４、受信用コイル１１６及び送信用コイル１１８が巻かれている。整流回路１２０は、給電装置１７０から供給される交流電力を受電用コイル１１４を介して受電する非接触受電手段であり、受電用コイル１１４からの交流電力を整流する。

制御信号受信回路１２２は、給電装置１７０から送信される制御信号を受信用コイル１１６を介して受信する。制御信号送信回路１２４は、送信用コイル１１８を介して給電装置１７０に制御信号を送信する。制御信号の送受信には、受電用コイル１１４を介して給電とは異なる周波数が使用される。

制御部１２６は、記憶部１２８に記憶される制御プログラムに従い、整流回路１２０、制御信号受信回路１２２及び制御信号送信回路１２４を含む受電装置１００の全体を制御する。制御部１２６は、記憶部１２８を一時的にデータを記憶する一時記憶手段としても利用する。

外部電源管理部１３０は接触受電手段又はその一部を構成し、電源プラグ１０６からの商用交流電力を整流し、直流電力を充電制御部１３２に供給する。また、外部電源管理部１３０は、ケーブル１０４を着脱可能な接続端子を備える。充電制御部１３２は、整流回路１２０又は外部電源管理部１３０からの直流電力で充電池１３４を充電する。

図３は受電装置１００の主処理の動作フローチャートである。なお、外部電源管理部１３０は、電源プラグ１０６から交流電力が入力すると、当該交流電力を整流して得られる直流電力を充電制御部１３２に供給すると共に、接触給電可能状態であることを制御部１２６に通知する。また、整流回路１２０は、受電用コイル１１４により給電装置１７０との電磁結合状態を検知すると、非接触給電可能状態であることを制御部１２６に通知する。

制御部１２６は、外部電源管理部１３０又は整流回路１２０からの通知により給電可能状態を検知すると、充電制御部１３２に充電池１３４の充電状態を確認させる（Ｓ３０１）。充電池１３４の出力電圧が所定値より大きい場合（Ｓ３０１）、充電制御部１３２は、充電池１３４が満充電状態であると判断し、繰り返し（例えば、定期的に）充電状態を確認する（Ｓ３０１）。

充電池１３４の出力電圧が所定値以下の場合（Ｓ３０１でＮＯ）、充電制御部１３２は、充電池１３４の充電が必要な状態であると判断して制御部１２６に通知し、制御部１２６は、この通知に応じて、ＡＣ電源の利用可能性を確認する（Ｓ３０２）。Ｓ３０２では、制御部１２６は、外部電源管理部１３０からの接触給電可能状態であることを示す通知を受けていた場合に、ＡＣ電源が利用可能であると判断する。

ＡＣ電源を利用できない場合（Ｓ３０１）、制御部１２６は、給電装置１７０からの非接触給電の利用可能性を確認する（Ｓ３０３）。Ｓ３０３では、制御部１２６は、整流回路１２０から非接触給電可能状態であることを示す通知を受けていた場合に、非接触給電が利用可能であると判断する。給電装置１７０からの非接触給電を利用できない場合（Ｓ３０３）、制御部１２６は、図３に示すフローを終了する。

非接触給電を利用できる場合（Ｓ３０３）、制御部１２６は充電制御部１３２に非接触充電モード（給電装置１７０からの給電）をセットする（Ｓ３０４）。非接触充電モード（Ｓ３０４）の詳細は後述する。

ＡＣ電源を利用できる場合でも（Ｓ３０２）、制御部１２６は、非接触給電の利用可能性を確認する（Ｓ３０５）。

非接触給電を利用できない場合（Ｓ３０５）、制御部１２６は、充電制御部１３２に接触充電モード（ＡＣ電源による給電）をセットする（Ｓ３０６）。接触充電モード（Ｓ３０６）の詳細は後述する。

非接触給電も利用できる場合（Ｓ３０５）、制御部１２６は、充電制御部１３２に非接触無線通信付き接触充電モード（接触充電と並行して給電装置１７０との非接触通信が可能なモード）をセットする（Ｓ３０７）。非接触無線通信付き接触充電モード（Ｓ３０７）の詳細は後述する。

なお、充電制御部１３２は、充電池１３４を充電しているときには、充電池１３４を充電中であること、及び採用している充電モードを定期的に制御部１２６に通知する。

制御部１２６及び充電制御部１３２は、図３に示す処理を外部電源管理部１３０又は整流回路１２０からの電力を使って実行してもよいし、充電池１３４からの電力を使って実行してもよい。後者の場合、充電池１３４の使用できる電力が無くなった時点で、制御部１２６は図３に示すフローを終了する。

図４は、非接触充電モードの動作フローチャートを示す。制御部１２６は、給電装置１７０との間で認証処理を行う（Ｓ４０１）。

認証処理の詳細を説明する。整流回路１２０は、受電用コイル１１４の出力により給電装置１７０からの磁束を検知すると、その旨を制御部１２６に通知する。制御部１２６は制御信号送信回路１２４に所定の問合せ信号を生成させる。この問合せ信号は、給電装置１７０からの非接触給電に使用される磁束よりも格段に弱い磁束で、且つ、給電用とは異なる周波数で、送信用コイル１１８により給電装置１７０に送信される。図５は、問合せ信号の波形例を示す。励磁の有無を２進値の"０"と"１"に対応させる。信号量自体はごく少ないので、低周波数で良い。給電装置１７０は、受電装置１００からのこのような問合せに対し、例えば、非接触結合系を介して受電装置１００に応答又は制御信号を送信する。

図６は、受電装置１００と給電装置１７０の間で送受信される問合せ信号及び応答信号の一般的なパケット構造例を示す。図６に示すパケット６００は、プリアンブル６０２、送信元識別子６０４、宛先識別子６０６、コマンドコード６０８及び誤り検出訂正のためのＣＲＣ（巡回冗長符号）６１０からなる。プリアンブル６０２は、給電装置（送信側）と受電装置（受信側）での同期をとるためのものである。送信元識別子６０４は、送信元である給電装置１７０を示す識別子であり、例えば、給電装置１７０を一意に識別できる物理アドレス情報を含む。宛先識別子６０６は、１又は複数の受電装置を示す識別子である。コマンドコード６０８は、予め決められた制御コードを示す部分であり、ここには、受電装置１００に対する制御信号又は応答信号が収容される。ＣＲＣ６１０は、パケットのビット列が正しいかどうかをチェックするためのものである。また、送信元識別子６０４は、送信装置を一意に識別できるための物理アドレス情報を格納した識別子情報である。

受電装置１００は、宛先識別子６０６にａｎｏｎｙｍｏｕｓを設定し、近くに存在すると思われる給電装置（ここでは給電装置１７０）に向けて問合せ信号を送信する。コマンドコード６０８には給電装置を問い合わせるためのｑｕｅｒｙコマンドコードを設定し、送信元識別子６０４には自身を示す識別子情報を格納する。

この問合せ信号を受信した給電装置（ここでは、給電装置１７０）は、ｑｕｅｒｙコマンドに対するｒｅｓｐｏｎｓｅコマンドをコマンドコード６０８に格納し、受電装置１００に返信する。この返信パケットの送信元識別子６０４には自身を示す識別子が格納され、宛先識別子６０６には受電装置１００を示す識別子が格納される。

受電装置１００の制御部１２６は、給電装置からの応答信号を受信用コイル１１６及び制御信号受信回路１２２を介して受信し、受信した応答信号のコマンドコード６０８からｒｅｓｐｏｎｓｅコマンドを取り出す。制御部１２６は、ｒｅｓｐｏｎｓｅコマンドを先の問合せ信号のｑｕｅｒｙコマンドと照合することで、先の問合せに対する応答か否かを判別する。また、応答パケットの送信元識別子６０４に含まれる識別子により、給電装置１７０を識別し特定できる。

認証（Ｓ４０１）の後、制御部１２６は、給電装置１７０に受電装置１００の充電状態、機器情報及びユーザ情報等を制御信号送信回路１２４及び送信用コイル１１８を介して送信する（Ｓ４０２）。制御部１２６はまた、給電装置１７０から機器情報を受信用コイル１１６及び制御信号受信回路１２２を介して取得する（Ｓ４０２）。

機器情報などのやり取り（Ｓ４０２）の後、給電装置１７０は非接触結合系を介したデータ通信を停止し、受電装置１００への非接触給電を実行する（Ｓ４０３）。

制御部１２６は、所定の時間間隔で充電制御部１３２に充電池１３４の充電状態を問い合わせて確認し（Ｓ４０４）、充電状態を制御信号送信回路１２４及び送信用コイル１１８を介して給電装置１７０に通知する（Ｓ４０５）。

制御部１２６は、充電池１３４の充電状況を確認後、非接触給電が継続しているか否かを確認する（Ｓ４０６）。非接触給電が停止している場合（Ｓ４０６）、制御部１２６は、非接触充電モードを終了する。非接触給電が継続している場合（Ｓ４０６）、制御部１２６は、接触給電の有無を確認する（Ｓ４０７）。接触給電を利用できる場合（Ｓ４０７）、制御部１２６は、充電モードを変更するために非接触充電モードを終了する。この場合は、例えば非接触給電の実行中に、電源ケーブル１０４及びその先の電源プラグ１０６をコンセントに差した場合が考えられる。この場合、接触給電のほうが充電効率が高いため、接触充電を優先する。なお、非接触給電と接触給電の両方が可能な状態となるため、非接触無線通信付き接触充電モードへ移行する。

接触給電を利用できない場合（Ｓ４０７）、制御部１２６は、充電池１３４の現在の充電状態を確認する（Ｓ４０８）。充電池１３４の充電量が所定値より大きい場合（Ｓ４０８）、制御部１２６は、充電池１３４が充電完了状態にあるとみなして、非接触充電モードを終了する。充電池１３４の充電量が所定値以下の場合（Ｓ４０８）、制御部１２６は、Ｓ４０１に戻り、非接触充電モードの処理を再実行する。

図７は、接触充電モード（Ｓ３０６）の動作フローチャートを示す。

外部電源管理部１３０は、電源プラグ１０６からの交流電力を整流して得られる直流電力を充電制御部１３２に供給し、充電制御部１３２は、外部電源管理部１３０からの直流電力で充電池１３４を充電する（Ｓ７０１）。

制御部１２６は、整流回路１２０からの通知又は充電制御部１３２への問合せにより、非接触給電の利用可能性を確認する（Ｓ７０２）。非接触給電を利用できる場合（Ｓ７０２）、制御部１２６は、充電モードを変更するために、図７に示す接触充電モードを終了する。この場合は、例えば電源ケーブル１０４及びその先の電源プラグ１０６をコンセントに差して、接触充電の実行中に、受電装置１００を給電装置１７０に近接させて、非接触給電が可能な状態になった場合が考えられる。この場合、非接触給電と接触給電の両方が可能な状態となるため、非接触無線通信付き接触充電モードへ移行する。

非接触給電を利用できない場合（Ｓ７０２）、制御部１２６は、充電制御部１３２に問い合わせて接触給電が継続いているかどうかを確認する（Ｓ７０３）。接触給電が停止していた場合（Ｓ７０３）、制御部１２６は、充電モードを変更するために、図７に示す接触充電モードを終了する。

接触給電が継続している場合（Ｓ７０３）、制御部１２６は、充電池１３４の現在の充電状態を充電制御部１３２に確認する（Ｓ７０４）。充電池１３４の充電量が所定値より大きい場合（Ｓ７０４）、制御部１２６は、充電池１３４が充電完了状態にあるとみなして、図７に示す接触充電モードを終了する。充電池１３４の充電量が所定値以下の場合（Ｓ７０４）、制御部１２６は、Ｓ７０１に戻り、接触充電モードの処理を再実行する。

図８は、非接触無線通信付き接触充電モード（Ｓ３０７）の動作フローチャートを示す。

制御部１２６は、ステップＳ４０１での認証処理と同様の処理で、給電装置（ここでは給電装置１７０）との間の認証処理を実行し（Ｓ８０１）、Ｓ４０２と同様の方法で給電装置との間で機器情報を交換する（Ｓ８０２）。この機器情報の交換では、制御部１２６は、非接触給電以外の給電（ここでは電源プラグ１０６を介したＡＣ給電）も利用可能であることを給電装置１７０に通知する。

制御部１２６は、給電装置１７０との磁気結合を信号伝送に使用するために、制御信号送信回路１２４及び送信用コイル１１８により給電装置１７０に発生磁力強度の低減を要求する（Ｓ８０３）。この要求を受信した給電装置１７０は、給電用磁束の強度を弱めると共に、信号伝送用の間欠的又は周期的なタイムスロットを確保する。給電装置１７０は、この間欠的又は周期的なタイムスロットで自己の存在と非接触給電の利用可能性を受電装置１００に送信する。

制御部１２６は、外部電源管理部１３０からの電力で充電池１３４を充電するように充電制御部１３２に指示し（Ｓ８０４）、充電制御部１３２に問い合わせて現在の充電状況を確認する（Ｓ８０５）。制御部１２６は、取得した現在の充電状況を、制御信号送信回路１２４及び送信用コイル１１８により給電装置１７０に通知する（Ｓ８０６）。これにより、給電装置１７０は、受電装置１００の充電状態を把握できる。例えばコンセントから電源プラグ１０６が抜かれて接触充電できない状況になったとしても、改めて無線給電の必要性を判断するために充電状態を把握する必要がないため、スムーズに次の処理に移行することができる。

制御部１２６は、給電装置１７０からの周期的な通知の受信の有無により非接触給電の利用可能性を確認する（Ｓ８０７）。所定時間以上、給電装置１７０からの信号を受信できない場合（Ｓ８０７）、制御部１２６は、充電モードを変更するために、図８に示す非接触無線通信付き接触充電モードを終了する。給電装置１７０からの通知を所定時間以内に受信できている場合（Ｓ８０７）、制御部１２６は、非接触給電を利用可能と判断し、接触給電の有無を確認する（Ｓ８０８）。

接触給電（ＡＣ電源）を利用できない場合（Ｓ８０８）、制御部１２６は、充電モードを変更するために、図８に示す非接触無線通信付き接触充電モードを終了する。この場合は、コンセントから電源プラグ１０６が抜かれた場合が考えられる。このとき、充電モードは非接触充電モードに移行することになるが、非接触無線通信でデータの通信中であることも考えられる。その場合、データの通信が完了するまで、モードの切り替えを待ってもよい。あるいは、データの通信が完了するまで、Ｓ４０３移行の処理に移行しないようにしてもよい。

また、充電の状態によっては、データの通信よりも充電を優先したい状況も考えられる。そこで、Ｓ８０６で把握している充電状態を確認し、一定以上充電できている状態では、データの通信を優先してモードの切り替えを待ち、一定未満の充電しかできていない状態では、充電を優先して、通信を停止してＳ４０３以降の処理に移る。このようにすることで、状況に応じた適切な充電処理の制御を実現することができる。

一方、接触給電（ＡＣ電源）を利用できる場合（Ｓ８０８）、制御部１２６は、現在の充電状態を充電制御部１３２に確認する（Ｓ８０９）。充電池１３４の充電量が所定値より大きい場合（Ｓ８０９）、制御部１２６は、充電池１３４が充電完了状態にあるとみなして、図８に示す非接触無線通信付き接触充電モードを終了する。充電池１３４の充電量が所定値以下の場合（Ｓ８０９）、制御部１２６は、Ｓ８０４に戻り、Ｓ８０４以降の処理を再実行する。

以上のように、非接触給電手段をデータ通信に使用し、接触給電手段を充電池の充電に使用することにより、給電装置との間でデータ通信を行いつつ、高効率の充電を実現できる。

本実施例では、非接触給電手段のみによる充電、接触給電手段のみで充電を行う場合、および、非接触給電手段と接触給電手段の両方から給電電力を取得出来る場合において、最適な充電を行うことができる。

非接触給電手段のみで充電を行う場合は、非接触給電手段から充電用電力を取得すると共に、充電状態等の情報を交換することができる。

非接触給電と接触給電の両方を利用できる場合、電力効率のよい接触給電で電力を取得しつつ、非接触給電装置とはデータ通信用としてのみ利用する。これにより、高効率で充電が行えると共に、低電力消費でデータ通信を行うことが出来る。

非接触給電と接触給電の両方を利用できる場合で、受電装置１００が所定の消費電力以上で動作しているときには、接触給電の電力で動作用の電力をまかないつつ、非接触給電の電力で充電池１３４を充電するのが好ましい。また、非接触給電と接触給電の両方を利用できる場合で、接触給電を利用できなくなったときには、制御部１２６は好ましくは、給電装置１７０に供給能力範囲内で供給電力を増加するように要求する。

電磁結合による給電には、電磁誘導を利用するもの以外に、例えば、磁界共鳴を利用するものがあり、何れでもよい。また、電界結合でもよい。

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明は上述した実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

Claims (7)

1. 接続端子を介した有線の伝達経路を用いて受電する接触受電手段と、
   給電装置との非接触結合を介した無線の伝達経路を用いて受電する非接触受電手段と、
   前記接触受電手段の受電及び前記非接触受電手段の受電が可能であるか否かを判断し、前記接触受電手段及び前記非接触受電手段による充電池の充電を制御する制御手段とを有し、
   前記非接触受電手段および前記接触受電手段の両方で受電が可能である場合、前記制御手段は、前記接触受電手段が受電した電力で前記充電池を充電すると共に、前記給電装置との前記非接触結合を介して前記給電装置と通信することを可能にするよう制御し、
   前記接続端子を介した有線の伝達経路を用いて受電することができなくなった場合、自動的に前記非接触受電手段による受電を開始するよう制御し、
   前記給電装置との前記非接触結合を介して前記給電装置とデータを通信している状態で、前記接続端子を介した有線の伝達経路を用いて受電することができなくなった場合、前記データの通信が完了するまで、前記非接触受電手段による受電を開始しないよう制御する
   ことを特徴とする受電装置。
2. 前記非接触受電手段および前記接触受電手段の両方で受電が可能である場合、前記制御手段は、前記給電装置との前記非接触結合を通信に使用すること及び前記給電装置からの電力を前記充電池の充電に使用しないことを、前記給電装置との前記非接触結合を介して前記給電装置に通知することを特徴とする請求項１に記載の受電装置。
3. 前記非接触受電手段および前記接触受電手段の両方で受電が可能である場合、前記制御手段は、前記給電装置から供給される電力の低減を前記給電装置に要求することを特徴とする請求項１又は２に記載の受電装置。
4. 前記非接触受電手段および前記接触受電手段の両方で受電が可能である状態から、前記接触受電手段で受電できない状態になった場合、前記給電装置からの電力で前記充電池を充電することを前記給電装置に通知することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の受電装置。
5. 前記非接触受電手段および前記接触受電手段の両方で受電が可能である状態から、前記接触受電手段で受電できない状態になった場合、前記給電装置から供給される電力の増加を前記給電装置に要求することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の受電装置。
6. 接続端子を介した有線の伝達経路を用いて受電する接触受電手段と、給電装置との非接触結合を介した無線の伝達経路を用いて受電する非接触受電手段と、を有する受電装置の制御方法であって、
   前記接触受電手段の受電及び前記非接触受電手段の受電が可能であるか否かを判断するステップと、
   前記接触受電手段及び前記非接触受電手段による充電池の充電を制御する制御ステップと、
   前記非接触受電手段および前記接触受電手段の両方で受電が可能である場合、前記接触受電手段が受電した電力で前記充電池を充電すると共に、前記給電装置との前記非接触結合を介して前記給電装置と通信することを可能にするよう制御し、
   前記接続端子を介した有線の伝達経路を用いて受電することができなくなった場合、自動的に前記非接触受電手段による受電を開始するよう制御し、
   前記給電装置との前記非接触結合を介して前記給電装置とデータを通信している状態で、前記接続端子を介した有線の伝達経路を用いて受電することができなくなった場合、前記データの通信が完了するまで、前記非接触受電手段による受電を開始しないよう制御するステップとを特徴とする受電装置の制御方法。
7. コンピュータを請求項１乃至５のいずれか１項に記載の受電装置の各手段として機能させるための、コンピュータが読み取り可能なプログラム。

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