JP6643041B2

JP6643041B2 - 送電装置

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Description

本発明は、送電装置に関し、より具体的には、非接触電力伝送システムにおける送電装置に関する。

近年、コネクタで物理的に接続することなく無線または非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムが知られている。その非接触電力伝送システムを構成する送電装置は、非接触電力伝送のための一次コイルを構成する送電アンテナを具備し、受電装置は、一次コイルに対応する二次コイルを構成する受電アンテナを具備する。これら送電アンテナと受電アンテナ間の電磁結合により電力を送電装置から受電装置に非接触または無線方式で伝送する。

また、非接触電力伝送システムにおいて、一次コイルとは別のコイル状またはループ状の通信アンテナを用いて送電装置と受電装置との間で無線通信を実現する構成も知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載される技術では、送電と通信の干渉を防ぐために、送電と通信を時分割で実行するようにしている。また、一次コイルと通信アンテナを同一軸上に配置することで、通信と送電を別々に位置合わせする必要がないようにしている。

特開２０１４−９６６１２号公報

従来技術では、送電と通信を時分割で行うことで相互の干渉を防止するようにしている。しかし、時分割にするだけでは、送電アンテナから通信アンテナに回り込んだ電力信号が通信手段（たとえば、通信ＩＣなどの通信モジュール）に過電圧等の影響を与えることがある。

そこで、本発明は、通信手段の入出力部に過大な電力信号が侵入することによる悪影響を防止できる送電装置を提示することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る給電装置は給電アンテナと、前記給電アンテナと接続され、前記給電アンテナを介して、受電装置に非接触で給電する給電手段と、前記給電アンテナと前記給電手段との接続を切断する第一のスイッチと、通信アンテナと、前記通信アンテナと接続され、前記通信アンテナを介して前記受電装置と無線通信する通信手段と、前記通信アンテナと前記通信手段との接続を切断する第二のスイッチと、前記給電手段による給電及び前記通信手段による通信を、排他的に実行するよう制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記給電を実行した後に前記通信を実行するよう制御する場合、前記給電アンテナと前記給電手段との接続を切断するよう前記第一のスイッチを制御してから、前記通信アンテナと前記通信手段との接続を確立するよう前記第二のスイッチを制御し、前記制御手段は、前記給電から前記通信に切り替える際、前記通信アンテナと前記通信手段との接続を確立するよう前記第二のスイッチを制御する前に、前記給電手段の出力電力を所定値以下となるよう制御することを特徴とする。

本発明によれば、通信と送電との出力と切り替えのタイミングが適切に行われ、通信部への過電圧等の影響を低減または防止できる。

各実施例における無線電力伝送システムの使用状態の外観図である。送電装置の概略構成ブロック図である。送電アンテナと通信アンテナの配置例を示す平面図である。送電アンテナの発生磁界の説明図である。通信と送電との切り替え制御のフローチャートである。図５に示す制御による通信と送電のタイミングチャートである。通信と送電との切り替え制御の別のフローチャートである。通信と送電との切り替え制御のさらに別のフローチャートである。図８Ａに続くフローチャートである。図８Ａ及び図８Ｂに示す制御による通信と送電のタイミングチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。ただし、以下に説明する実施例は、本発明を説明するためのものあり、本発明は以下に説明する実施例に限定されない。

図１は、実施形態１及び２における非接触電力伝送システムの外観図を示す。図１に示す非接触電力伝送システムは、図１に示すように、受電装置２００と、受電装置２００に非接触で電力を供給し、受電装置２００との間で無線通信をする送電装置１００とを有する。図２は、送電装置１００の概略構成ブロック図を示す。

送電装置１００は、所定距離以内の所定位置に受電装置２００が存在する場合に、受電装置２００に非接触電力伝送でき、受電装置２００と通信できる。送電装置１００は、非接触電力伝送の一次コイルに対応する送電アンテナ１０６と、受電装置２００との無線通信のための通信アンテナ１０７を有する。送電装置１００は通信アンテナ１０７を介して受電装置２００と無線通信し、受電装置２００が送電装置１００からの給電に対応する機器か否か及び給電の必要性等を判定する。送電装置１００は、受電装置２００が対応機器である場合に、送電アンテナ１０６を介して電力を受電装置２００に供給する。

受電装置２００は、送電装置１００から供給される電力により、内蔵する２次電池を充電し、受電電力を直接用いて、内部回路を動作させる。受電装置２００は、デジタルスチルカメラもしくはデジタルビデオカメラ等の撮像装置、または、音声データもしくは映像データを記録再生する装置からなる。受電装置２００は、携帯電話もしくはスマートフォンなどの携帯情報機器、または、車のような移動装置であっても良い。さらには、受電装置２００は、２次電池を持たず、送電装置１００からの受電電力のみで動作するマウスまたはスピーカであってもよい。

送電装置１００は、送電装置１００から所定距離以内に受電装置２００が位置するか否かを継続的または一定間隔で検出する。たとえば、送電装置１００は、受電装置２００を検出するためのプローブ信号を通信アンテナ１０７から一定期間間隔で放射し、受電装置２００がそのプローブ信号に対して一定の応答信号を送電装置１００に返信する。プローブ信号の電力を制限することで、所定距離を設定できる。ここでの所定距離は、非接触給電と無線通信の両方が可能な距離である。受電装置２００が受信したプローブ信号の電力レベルを送電装置１００に返信することで、送電装置１００は、受電装置２００との間の距離に応じた非接触給電の制御が可能になる。

図２を参照して、送電装置１００の構成を説明する。送電部１０１は、発振器１０３ａからの交流信号を電力増幅し、受電装置２００に送信すべき交流電力信号を生成する。発振器１０３ａは水晶発振器等からなり、特定の周波数のキャリア信号を出力する。送電部１０１の出力は送電用スイッチ１０４ａ及び送電アンテナ１０６を介してアースに接続する。送電部１０１は、出力する交流電力信号の電力レベルを連続的にまたは複数のレベルに段階的に、変更可能である。たとえば、制御部１０５が、受電装置２００における電力需要に応じて、送電部１０１から出力される交流電力信号の電力レベルを制御する。

送電アンテナ１０６から受電装置２００に向けて放射される電力は交流電力であり、その交流周波数は、送電アンテナ１０６と送電部１０１に内蔵される共振回路により決定される共振周波数ｆである。共振周波数ｆは、
ｆ＝１／｛２π（ＬＣ）^１／２｝｝
で与えられる。Ｌは、送電アンテナ１０６と外部の寄生要因によるインダクタンス値、Ｃは、送電装置１００の内部の共振回路と寄生要因のキャパシタンス値である。すなわち、共振周波数ｆは、送電アンテナ１０６、送電部１０１の内部の共振回路並びに送電装置１００の筺体及び外部回路の寄生要因に基づいて決定される。

通信部１０２は、発振器１０３ｂからの交流信号を制御部１０５からの信号により強度変調、たとえばオン／オフ変調して、受電装置２００に向けたコマンド等の通信信号を生成する。発振器１０３ｂは水晶発振器等からなり、特定の周波数のキャリア信号を出力する。通信部１０２の出力は、通信用スイッチ１０４ｂを介して通信アンテナ１０７に印加される。

通信アンテナ１０７は、受電装置２００からの通信信号を受信し、通信用スイッチ１０４ｂを介して通信部１０２に供給する。受電装置２００からの通信信号は、送電装置１００が受電装置２００に送信したコマンドへの応答信号、受電装置２００の動作状態を示すステータス信号、及び送電装置１００へのコマンド等を含む。通信部１０２は、受電装置２００からの通信信号を復調し、復調結果（受電装置２００からのコマンド、制御信号及びステータス信号等）を制御部１０５に出力する。

このように、送電装置１００の制御部１０５は、通信部１０２及び通信アンテナ１０７により受電装置２００との間で制御信号及びステータス信号などを送受信できる。

通信部１０２の通信方式には汎用的または標準的なものを使用でき、通信相手は受電装置２００に限定されない。通信部１０２が送信するコマンドは、予め定められた通信プロトコルに準拠したコマンドである。そのような通信プロトコルには例えば、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）等のＩＳＯ／ＩＥＣ１８０９２規格に準拠した通信プロトコルが採用可能である。また、ＮＦＣ（Near Field Communication）の規格に準拠した通信プロトコルも採用可能である。

送電装置１００と受電装置２００との間で送受信される通信信号は宛先を指定する宛先識別情報を含むことができ、この場合、宛先として指定された装置のみがこの通信信号を受信処理する。これは、たとえば、送電装置１００が同時に複数の受電装置２００に給電する場合、逆に複数の送電装置１００が単一または複数の受電装置２００に給電可能な場合等に必要な機能となる。

直流変換部１０８ａは、送電用スイッチ１０４ａと送電アンテナ１０６の間の交流電力信号を直流電圧に変換し、その直流電圧値を制御部１０５に通知する。直流変換部１０８ｂは、通信用スイッチ１０４ｂと通信アンテナ１０７の間の通信信号を直流電圧に変換し、その直流電圧値を制御部１０５に通知する。制御部１０５は、直流変換部１０８ａからの直流電圧値により、送電アンテナ１０６から外部（受電装置２００）に向けて放射される交流電力量を監視できる。また、制御部１０５は、直流変換部１０８ｂからの直流電圧値により、通信アンテナ１０７を介した外部装置（受電装置２００）との間で行われる通信の有無と電力量を監視できる。

本実施例では、発振器１０３ａの発振周波数と発振器１０３ｂの発振周波数を同じにしているので、単一の発振器の出力を送電部１０１と通信部１０２に供給するようにしてもよい。こうすると、送電アンテナ１０６から出力される交流電力信号（電力波）と、通信アンテナ１０７から放射される無線信号の位相を同期させることが容易になる。この同期により、通信と送電との間の切り替え時に、送電出力と通信信号の位相が反転して弱め合う状態の発生を防止できる。

一般的には、発振器１０３ａの発振周波数は、受電装置２００への非接触給電に適した周波数に設定され、発振器１０３ｂの発振周波数は、受電装置２００との無線通信に適した周波数に設定される。両者の周波数が異なる方が、送電アンテナ１０６から出力される電力信号（電力波）の、通信部１０２への回り込み成分をフィルタにより除去または低減することが容易になる。

送電用スイッチ１０４ａ及び通信用スイッチ１０４ｂは、半導体スイッチまたは電磁継電器等のリレースイッチからなる。

制御部１０５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びタイマからなり、送電装置１００の全体を制御する。制御部１０５はまた、直流変換部１０８ａ，１０８ｂのアナログ出力をデジタル値に変換するＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器を具備する。

制御部１０５は、送電部１０１に対して、交流電力信号の出力の有無（オン／オフ）を制御し、出力する交流電力信号の電力量を制御する。制御部１０５は、通信部１０２に対し、外部装置（受電装置２００）と通信の可否を制御する。制御部１０５はまた、外部装置（受電装置２００）に送信すべき制御信号等を通信部１０２に供給し、通信部１０２は、外部装置からの制御信号等を復調して制御部１０５に供給する。

図３は、送電アンテナ１０６と通信アンテナ１０７の位置関係例を示す。図３に示すように、通信アンテナ１０７はコイル状であり、送電アンテナ１０６を構成するコイル部と同軸にかつその外側に配置されている。送電アンテナ１０６は通信アンテナ１０７の外周側に配置されていてもよい。

受電装置２００は、送電アンテナ１０６に対応する受電アンテナと、通信アンテナ１０７に対応する通信アンテナを別々に具備してもよいし、単一のコイル（またはアンテナ）を受電と通信に兼用してもよい。

図３に例示するような同軸構成では、送電アンテナ１０６と通信アンテナ１０７が磁気的に密に結合することになる。この結果、送電時には、図４に示すように、送電アンテナ１０６から放射される交流電力信号（電力波）が通信アンテナ１０７に伝送され、これが、通信部１０２の損傷と通信妨害の可能性を高める。通信時には、通信アンテナ１０７で送受信される通信信号が送電アンテナ１０６にも伝送されるが、電力的には送電部１０１及び受電装置２００に対する弊害は少ないか存在しない。交流電力信号（電力波）の通信経路への回り込みを防ぐために、本実施例では、送電用スイッチ１０４ａと通信用スイッチ１０４ｂを設け、通信と送電を時分割制御するようにした。

図５は、送電用スイッチ１０４ａと通信用スイッチ１０４ｂによる通信と送電の時分割排他制御の動作フローチャートを示す。受電装置２００が送電装置１００から送電可能かつ通信可能な距離及び範囲に位置した状態で、制御部１０５が、図５に示すフローで示される制御動作を実行する。図５に示す制御を開始する前、すなわち、送電も通信を開始していない初期状態では、送電用スイッチ１０４ａと通信用スイッチ１０４ｂはオープン（開）状態である。たとえば、送電用スイッチ１０４ａと通信用スイッチ１０４ｂは常開スイッチからなる。このとき、通信アンテナ１０７は、通信部１０２から電気的に切り離され、送電アンテナ１０６は、送電部１０１の出力から電気的に切り離される。

ステップＳ５０１で、送電装置１００の制御部１０５は、通信用スイッチ１０４ｂをオン（閉）に制御する。これにより、通信部１０２の入出力部は、通信アンテナ１０７と電気的に接続して、受電装置２００との通信が可能となる。送電用スイッチ１０４ａがオンの場合、制御部１０５は送電用スイッチ１０４ａをオフにする。

ステップＳ５０２で、制御部１０５は通信部１０２に通信開始を要求する制御信号を送る。通信部１０２は、制御部１０５からの制御信号で発振器１０３ｂの出力周波数信号を変調して、受電装置２００に対する通信信号を生成する。この通信信号は、通信用スイッチ１０４ｂを介して通信アンテナ１０７に印加され、受電装置２００により受信される。通信部１０２は、受電装置２００からの応答信号を復調して、応答内容を制御部１０５に通知する。このように、送電装置１００は受電装置２００との通信を開始する。

ステップＳ５０３で、制御部１０５は、通信部１０２による受電装置２００との通信の完了を待つ。制御部１０５は、通信部１０２を介して受信する受電装置２００からの応答内容を解析することで、通信の完了を判断する。ここでは、通信の完了は、通信を一時中断してよいタイミングを含む。制御部１０５は、通信の完了を判定すると、ステップＳ５０４に進む。

ステップＳ５０４で、制御部１０５は、通信部１０２に通信キャリア出力の停止を要求する。この要求に応じて、通信部１０２は通信キャリアの出力を停止する。ステップＳ５０５で、制御部１０５は、通信用スイッチ１０４ｂをオフにして、ステップＳ５０６に進む。

ステップＳ５０６で、制御部１０５は、ステップＳ５０３で受信した受電装置２００の応答信号から、受電装置２００が送電装置１００からの電力供給を必要としているか否かを判定する。制御部１０５は、受電装置２００が送電装置１００からの電力供給を必要としている場合（Ｓ５０６）、ステップＳ５０７に進み、必要としていない場合、図５に示すフローを終了する。

ステップＳ５０７で、制御部１０５は、内蔵タイマの出力をカウントし、ステップＳ５０８で、送電開始までの所定時間の経過を待つ。この所定時間は、制御部１０５に内蔵されるＲＯＭに予め記憶されている。この所定時間は例えば、通信完了に伴い、受電装置２００において、通信部１０２に対応する通信部が通信アンテナ１０７に対応する通信アンテナから電気的に切り離されるのを確保できる時間相当に設定される。この所定時間はまた、通信状態から送電状態に移行する間の余裕時間とも言える。所定時間が経過すると（Ｓ５０８）、制御部１０５はステップＳ５０９に進む。

ステップＳ５０９で、制御部１０５は、送電用スイッチ１０４ａをオンにする。これにより、送電部１０１の出力が送電用スイッチ１０４ａを介して送電アンテナ１０６と電気的に接続する。ステップＳ５１０で、制御部１０５は、電力を搬送する交流電力信号を出力するように送電部１０１を制御する。ステップＳ５１１で、制御部１０５は、送電期間が終了したか否かを判定する。例えば、内蔵タイマが送電開始から一定時間の経過を示すとき、制御部１０５は、送電期間の終了と判定する。また、別の方法として、制御部１０５が送電部１０１からの出力の過電流等を検出した場合に、制御部１０５は送電期間が終了したと判定する。

送電期間が終了したと判定すると（Ｓ５１１）、ステップＳ５１２で、制御部１０５は、交流電力信号の出力を停止するように送電部１０１を制御し、ステップＳ５１３に進む。ステップＳ５１３で、制御部１０５は、送電用スイッチ１０４ａをオフにし、ステップＳ５１４へと進む。送電アンテナ１０６から外部への交流電力信号の放射は無くなり、もちろん、通信アンテナ１０７への回り込みも無くなる。

ステップＳ５１４で、制御部１０５は、送電処理の継続の必要性を判定する。送電処理が不要であると判定すると（Ｓ５１４）、制御部１０５は、図５に示す処理を終了する。例えば、送電部１０１で過電流が検出された場合等に、制御部１０５は、送電処理を終了する。送電処理を継続する必要があると判定した場合（Ｓ５１４）、制御部１０５は、ステップＳ５１５に進む。

ステップＳ５１５で、制御部１０５は、内蔵タイマの出力をカウントし、ステップＳ５１６で、通信開始までの所定時間の経過を待つ。この所定時間は、制御部１０５に内蔵されるＲＯＭに予め記憶されている。この所定時間は例えば、送電終了に伴い、送電アンテナ１０６からの交流電力信号の電磁放射無くなるまでの時間相当に設定される。所定時間はまた、送電アンテナ１０６から出力される交流電力信号が通信アンテナ１０７を介して通信部１０２に供給されることで、通信部１０２に印加される電圧が過電圧等にならない程度の電圧に減衰するまでの時間であってもよい。受電装置２００において、受電状態から、通信部１０２に対応する通信部による通信状態への移行に要する時間の方法が無視できない場合、所定時間を、この時間より長い程度に設定すればよい。

通信開始までの所定時間が経過すると（Ｓ５１６）、制御部１０５は、ステップＳ５０１に進み、ステップＳ５０１以降の上述した処理を再実行する。

図６は、図５に示す切り替え制御による送電と通信のタイミング図を示す。横軸は時間を示し、縦軸はそれぞれの電力を示す。ステップＳ５０７，Ｓ５０８により、通信から送電への切り替えの合間に、無電力期間が設定される。また、ステップＳ５１５，Ｓ５１６により、送電から通信への切り替えの合間にも、無電力期間が設定される。

図５に示すように送電と通信を時分割で切り替えることで、送電と通信を互いに影響しあうことなく、それぞれに好ましい電力で実行することができる。また、切り替えの際に所定の空白期間を設けることで，送電と通信のそれぞれで安定した動作を期待できる。送電から通信への切り替えの際に空白期間を設けることにより、通信部１０２に過電圧等が掛るのを防止できる。

図１に示すブロック図において、送電装置１００が通信と送電との切り替わり時に通信キャリアを一定期間途切れさあせることで、受電装置２００との間の通信を初期化できる。受電装置２００の通信部は、通信キャリアの途絶により送電装置１００との通信が終了したと認識し、通信キャリアが再入力した際、初期化動作を実行するからである。

図７は、そのように図５に示す制御フローを変更した、通信と送電の時分割切り替え制御の動作フローチャートを示す。このような、送電と通信の切り替え制御により、送電装置１００と受電装置２００による通信状態の不一致による通信エラーを防ぐことが可能となる。受電装置２００が送電装置１００から送電可能かつ通信可能な距離及び範囲に位置した状態で、制御部１０５が、図７に示すフローで示される制御動作を実行する。図７に示す制御を開始する前、すなわち、送電も通信を開始していない初期状態では、送電用スイッチ１０４ａと通信用スイッチ１０４ｂはオープン（開）状態である。制御部１０５は、直流変換部１０８ａ，１０８ｂの出力に従い、通信と送電との間の切り替えタイミングを制御する。

ステップＳ７０１で、送電装置１００の制御部１０５は、通信用スイッチ１０４ｂをオン（閉）に制御する。これにより、通信部１０２の入出力部は、通信アンテナ１０７と電気的に接続して、受電装置２００との通信が可能となる。送電用スイッチ１０４ａがオンの場合、制御部１０５は送電用スイッチ１０４ａをオフにする。

ステップＳ７０２で、制御部１０５は通信部１０２に通信開始を要求する制御信号を送る。通信部１０２は、制御部１０５からの制御信号で発振器１０３ｂの出力周波数信号を変調して、受電装置２００に対する通信信号を生成する。この通信信号は、通信用スイッチ１０４ｂを介して通信アンテナ１０７に印加され、受電装置２００により受信される。通信部１０２は、受電装置２００からの応答信号を復調して、応答内容を制御部１０５に通知する。このように、送電装置１００は受電装置２００との通信を開始する。

ステップＳ７０３で、制御部１０５は、通信部１０２による受電装置２００との通信の完了を待つ。制御部１０５は、通信部１０２を介して受信する受電装置２００からの応答内容を解析することで、通信の完了を判断する。ここでは、通信の完了は、通信を一時中断してよいタイミングを含む。制御部１０５は、通信の完了を判定すると、ステップＳ７０４に進む。

ステップＳ７０４で、制御部１０５は、通信部１０２に通信キャリア出力の停止を要求する。この要求に応じて、通信部１０２は通信キャリアの出力を停止する。ステップＳ７０５で、制御部１０５は、通信用スイッチ１０４ｂをオフにして、ステップＳ７０６に進む。

ステップＳ７０６で、制御部１０５は、ステップＳ７０３で受信した受電装置２００の応答信号から、受電装置２００が送電装置１００からの電力供給を必要としているか否かを判定する。制御部１０５は、受電装置２００が送電装置１００からの電力供給を必要としている場合（Ｓ７０６）、ステップＳ７０７に進み、必要としていない場合、図７に示すフローを終了する。

ステップＳ７０７で、制御部１０５は、直流変換部１０８ｂの出力により通信アンテナ１０７のアンテナ端電圧を検出する。ステップＳ７０８で、制御部１０５は、検出したアンテナ端電圧が所定値以下かどうかを判定する。制御部１０５は、検出したアンテナ端電圧が所定値以下になるまで（Ｓ７０８）、アンテナ端電圧の検出（Ｓ７０７）を繰り返す。この所定値は、制御部１０５に内蔵されるＲＯＭに予め記憶されており、通信キャリア出力が、通信の初期化が発生する程度に低い値になったことを示す電圧閾値である。アンテナ端電圧が所定値以下になると（Ｓ７０８）、制御部１０５は、ステップＳ７０９に進む。

送電装置１００が通信を終了する毎に受電装置２００を初期化したい場合、ステップＳ５０７，Ｓ５０８に示す処理をステップＳ７０８とＳ７０９の間に挿入してもよい。

ステップＳ７０９で、制御部１０５は、送電用スイッチ１０４ａをオンにする。これにより、送電部１０１の出力が送電用スイッチ１０４ａを介して送電アンテナ１０６と電気的に接続する。ステップＳ７１０で、制御部１０５は、電力を搬送する交流電力信号を出力するように送電部１０１を制御する。ステップＳ７１１で、制御部１０５は、送電期間が終了したか否かを判定する。例えば、内蔵タイマが送電開始から一定時間の経過を示すとき、制御部１０５は、送電期間の終了と判定する。また、別の方法として、制御部１０５が送電部１０１からの出力の過電流等を検出した場合に、制御部１０５は送電期間が終了したと判定する。

送電期間が終了したと判定すると（Ｓ７１１）、ステップＳ７１２で、制御部１０５は、交流電力信号の出力を停止するように送電部１０１を制御し、ステップＳ７１３に進む。ステップＳ７１３で、制御部１０５は、送電用スイッチ１０４ａをオフにし、ステップＳ７１４へと進む。送電アンテナ１０６から外部への交流電力信号の放射は無くなり、もちろん、通信アンテナ１０７への回り込みも無くなる。

ステップＳ７１４で、制御部１０５は、送電処理の継続の必要性を判定する。送電処理が不要であると判定すると（Ｓ７１４）、制御部１０５は、図７に示す処理を終了する。例えば、送電部１０１で過電流が検出された場合等に、制御部１０５は、送電処理を終了する。送電処理を継続する必要があると判定した場合（Ｓ７１４）、制御部１０５は、ステップＳ７１５に進む。

ステップＳ７１５で、制御部１０５は、直流変換部１０８ａの出力により送電アンテナ１０６のアンテナ端電圧を検出する。ステップＳ７１６で、制御部１０５は、検出したアンテナ端電圧が所定値以下かどうかを判定する。制御部１０５は、検出したアンテナ端電圧が所定値以下になるまで（Ｓ７１６）、アンテナ端電圧の検出（Ｓ７１５）を繰り返す。この所定値は、制御部１０５に内蔵されるＲＯＭに予め記憶されており、送電アンテナ１０６の磁束強度が通信部１０２に悪影響を与えない程度に弱くなったことを示す電圧閾値である。アンテナ端電圧が所定値以下になると（Ｓ７１６）、制御部１０５は、ステップＳ７０１以降の上述した処理を再実行する。

図７に示す切り替え制御により、通信部１０２に過電圧等が掛るのを防ぐことが可能となる。特にステップＳ７１５，ステップＳ７１６でアンテナ端電圧の検出結果に応じて送電から通信に切り替えているので、送電から通信への切り替え時において、通信部１０２への過電圧等を確実に防止できる。

また、図７もステップＳ７０７とステップＳ７０８の処理は、図５のステップＳ５０７とステップＳ５０８のように所定時間により送電装置１００が通信から送電へ切り替えるようにしてもよい。これにより、通信が完了する毎に、受電装置２００の通信部の状態を初期化する事も可能である。

送電装置１００が受電装置２００と通信する通信期間においても、送電装置１００が受電装置２００に通信の邪魔にならない程度の電力を伝送するようにしてもよい。図８は、そのような制御部１０５の制御処理を示すフローチャートである。

送電部１０１は、出力する交流電力信号の電力レベルを複数のレベルに変更可能である。この実施例では、送電部１０１は、受電装置２００に十分に給電できる給電用電力レベルと、通信部１０２が受電装置２００と通信する通信信号の電力レベルに相当する通信相当電力レベルとの間でその出力電力を変更可能である。制御部１０５は、通信部１０２が受電装置２００と通信しない非通信時には送電部１０１を給電用電力レベルに制御し、通信部１０２が受電装置２００と通信する通信時には送電部１０１を通信電力レベルに制御する。例えば、給電用電力レベルは１Ｗ〜１０Ｗ程度であるのに対し、通信相当電力レベルは１Ｗ以下である。

受電装置２００が送電装置１００から送電可能かつ通信可能な距離及び範囲に位置した状態で、制御部１０５が、図８に示すフローで示される制御動作を実行する。図８に示す制御を開始する前、すなわち、送電も通信を開始していない初期状態では、送電用スイッチ１０４ａと通信用スイッチ１０４ｂはオープン状態である。制御部１０５は、直流変換部１０８ａ，１０８ｂの出力に従い、通信と送電との間の切り替えタイミングを制御する。

ステップＳ８０１で、制御部１０５は、通信用スイッチ１０４ｂをオンに制御する。これにより、通信部１０２の入出力部は、通信アンテナ１０７と電気的に接続して、受電装置２００との通信が可能となる。送電用スイッチ１０４ａがオンの場合、制御部１０５は送電用スイッチ１０４ａをオフにする。

ステップＳ８０２で、制御部１０５は通信部１０２に通信開始を要求する制御信号を送る。通信部１０２は、制御部１０５からの制御信号で発振器１０３ｂの出力周波数信号を変調して、受電装置２００に対する通信信号を生成する。この通信信号は、通信用スイッチ１０４ｂを介して通信アンテナ１０７に印加され、受電装置２００により受信される。通信部１０２は、受電装置２００からの応答信号を復調して、応答内容を制御部１０５に通知する。このように、送電装置１００は受電装置２００との通信を開始する。

ステップＳ８０３で、制御部１０５は、通信部１０２による受電装置２００との通信の完了を待つ。制御部１０５は、通信部１０２を介して受信する受電装置２００からの応答内容を解析することで、通信の完了を判断する。ここでは、通信の完了は、通信を一時中断してよいタイミングを含む。制御部１０５は、通信の完了を判定すると、ステップＳ８０４に進む。

ステップＳ８０４で、制御部１０５は、ステップＳ８０３で受信した受電装置２００の応答信号から、受電装置２００が送電装置１００からの電力供給を必要としているか否かを判定する。制御部１０５は、受電装置２００が送電装置１００からの電力供給を必要としている場合（Ｓ８０４）、ステップＳ８０５に進み、必要としていない場合、ステップＳ８２１に進む。

ステップＳ８０５で、制御部１０５は、通信相当電力を出力するように送電部１０１を制御する。制御部１０５は、この通信相当電力値を内蔵ＲＯＭに予め記憶している。

ステップＳ８０６で、制御部１０５は、送電用スイッチ１０４ａをオンにする。これにより、送電部１０１の出力が送電用スイッチ１０４ａを介して送電アンテナ１０６と電気的に接続し、送電アンテナ１０６からステップＳ８０５で設定した通信相当電圧の交流電力信号が受電装置２００に向け放射される。送電装置１００は、送電アンテナ１０６と通信アンテナ１０７による電磁波の合成信号が出力されるので、通信アンテナ１０７から出力される通信信号の電力を実際の通信時よりも弱い電力に下げておくのが望ましい。

ステップＳ８０７で、制御部１０５は、通信用スイッチ１０４ｂをオフにする。これにより、通信アンテナ１０７から放射される通信キャリアは減衰する。制御部１０５は、送電部１０１の出力電力を制御して、送電アンテナ１０６から放射される交流電力信号を通信相当電力に維持しているので、受電装置２００は、この交流電力信号により通信状態を維持する。換言すると、受電装置２００は通信状態を初期化しない。

ステップＳ８０８で、制御部１０５は、制御部１０５は、通信部１０２に通信キャリア出力の停止を要求する。この要求に応じて、通信部１０２は通信キャリアの出力を停止する。

ステップＳ８０５からステップＳ８０８の処理により、通信アンテナ１０７から出力していた通信電力（通信キャリア）が、送電アンテナ１０６から出力される通信相当電力の交流電力信号に切り替わる。通信相当電力の交流電力信号により、受電装置２００は、通信状態を維持する。

ステップＳ８０９で、制御部１０５は、送電部１０１を給電用電力レベルに制御する。ステップＳ８０７で通信用スイッチ１０４ｂをオフにしているので、ステップＳ８０９で送電部１０１の出力交流電力信号の電力レベルを上げても、通信部１０２に交流電力信号が悪影響を与えない。

ステップＳ８１０で、制御部１０５は、送電期間が終了したか否かを判定する。制御部１０５による送電期間終了の判定基準は、図５及び図７を参照してそれぞれ説明した例と同様である。

ステップＳ８１１で、制御部１０５は、送電処理を継続の必要性を判定する。送電処理が不要であると判定すると（Ｓ８１１）、制御部１０５は、ステップＳ８１２に進む。ステップＳ８１２で、制御部１０５は、交流電力信号の出力を停止するように送電部１０１を制御する。これにより、送電吾子いる１０６から外部の受電装置２００に向けた交流電力信号の放射が停止する。ステップＳ８１３で、制御部１０５は、送電用スイッチ１０４ａをオフにして、図８に示す処理を終了する。

送電処理を継続する場合（Ｓ８１１）、制御部１０５は、ステップＳ８１４に進む。ステップＳ８１４で、制御部１０５は、送電部１０１に給電用電力から通信相当電力に出力電力を下げるように送電部１０１を制御する。ステップＳ８１５で、制御部１０５は、直流変換部１０８ａの出力により送電アンテナ１０６のアンテナ端電圧を検出する。ステップＳ８１６で、制御部１０５は、検出したアンテナ端電圧が所定値以下かどうかを判定する。制御部１０５は、検出したアンテナ端電圧が所定電圧値以下になるまで（Ｓ８１６）、アンテナ端電圧の検出（Ｓ８１５）を繰り返す。この所定電圧値は、制御部１０５に内蔵されるＲＯＭに予め記憶されており、送電アンテナ１０６の磁束強度が通信部１０２に悪影響を与えない程度に弱くなったことを示す閾値である。アンテナ端電圧が所定電圧値以下になると（Ｓ８１６）、制御部１０５は、ステップＳ８１７に進む。

ステップＳ８１７で、制御部１０５は、通信キャリアを出力するように通信部１０２を制御する。ステップＳ８１８で、制御部１０５は、通信用スイッチ１０４ｂをオンにする。これにより、通信アンテナ１０７から通信キャリアが外部に放射される。このとき、送電アンテナ１０６からも通信相当電力の交流電力信号が外部に放射されているので、結局、送電装置１００からは、交流電力信号と通信信号の合成電力が外部に放射されることになる。そこで、ステップＳ８１８で、通信用スイッチ１０４ｂをオンにすると同時に、制御部１０５は、送電アンテナ１０６から出力される交流電力信号の電力を、通信相当電力よりも弱い程度に制御する。

ステップＳ８１９で、制御部１０５は、送電用スイッチ１０４ａをオフにし、ステップＳ８２０に進む。ステップＳ８２０で、制御部１０５は、交流電力信号出力を停止するように送電部１０１を制御する。これにより、送電アンテナ１０６から外部への交流電力信号の放射が停止される。ステップＳ８２０の後、制御部１０５は、ステップＳ８０２に戻り、ステップＳ８０２以降を繰り返す。ステップＳ８０２で、制御部１０５は、受電装置２００向けの通信開始コマンドを送信するように通信部１０２を制御する。

ステップＳ８１７からステップＳ８２０の処理により、送電から通信への切り替え時に通信キャリアが途切れないようになる。

送信処理を継続する必要が無い場合（Ｓ８０４）、ステップＳ８２１で、制御部１０５は、通信キャリアの出力を停止するように通信部１０２を制御する。ステップＳ８２２で、制御部１０５は、通信用スイッチ１０４ｂをオフにして、図８に示す制御処理を終了する。

図８を参照して説明した切り替え制御により、通信部１０２に過電圧等が掛かることを防止できる。特に、送電アンテナ１０６のアンテナ端電圧の検出結果に応じて送電から通信に切り替えを行う処理（Ｓ８１５〜Ｓ８１８）により、送電から通信への切り替えの際の通信部１０２への過電圧等を確実に防止できる。通信と送電との切り替わりの際、送電装置１００からの通信電力が途切れないため、受電装置２００の通信部の状態を初期化しないようにすることが可能となる。

通信と送電との切り替えの際、受電装置２００の通信部の状態を初期化しないことにより、個々の通信処理時間内に初期化処理が不要になり、その結果、通信に要する時間を短縮できる。ただし、送電装置１００と受電装置２００との間で互いの状態についての認識が不一致になる可能性がある。このような可能性が検出された場合、制御部１０５は、受電装置２００との通信について初期化プロセスを始動すればよい。例えば、送電装置１００は一度、通信キャリアを停止して、再度初期動作から行えば、受電装置２００と通信が可能となる。つまり、受電装置２００が十分に（通信キャリア）電力を受け取れる状況下で、通信の不一致が起こり難い場合は実施例３のように、通信と送電との切り替え時でも通信キャリア電力を維持した方がよい。また、受電装置２００が受け取る（通信キャリア）電力が不安定な場合、実施例１，２のように、通信と送電との切り替え時には通信キャリア電力は途切れるような制御が好適となる。

図９は、図８に示す制御に対応する送電と通信のタイミング図である。横軸は時間を示し、縦軸はそれぞれの電力を示す。

送電アンテナと受電コイルで構成される磁気結合または電磁誘導による非接触電力伝送の実施例を説明したが、送電装置と受電装置に互いに対向する電極を設けることで、これら電極で構成される電界結合により非接触電力伝送を実現できる。このような電界結合により非接触電力伝送も、本発明の範囲に含まれる。

Claims

給電アンテナと、
前記給電アンテナと接続され、前記給電アンテナを介して、受電装置に非接触で給電する給電手段と、
前記給電アンテナと前記給電手段との接続を切断する第一のスイッチと、
通信アンテナと、
前記通信アンテナと接続され、前記通信アンテナを介して前記受電装置と無線通信する通信手段と、
前記通信アンテナと前記通信手段との接続を切断する第二のスイッチと、
前記給電手段による給電及び前記通信手段による通信を、排他的に実行するよう制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記給電を実行した後に前記通信を実行するよう制御する場合、前記給電アンテナと前記給電手段との接続を切断するよう前記第一のスイッチを制御してから、前記通信アンテナと前記通信手段との接続を確立するよう前記第二のスイッチを制御し、
前記制御手段は、前記給電から前記通信に切り替える際、前記通信アンテナと前記通信手段との接続を確立するよう前記第二のスイッチを制御する前に、前記給電手段の出力電力を所定値以下となるよう制御する
ことを特徴とする給電装置。
前記通信を実行した後前記給電を実行するよう制御する場合、前記通信アンテナと前記通信手段との接続を切断するよう前記第二のスイッチを制御してから前記給電アンテナと前記給電手段との接続を確立するよう前記第一のスイッチを制御する請求項１に記載の給電装置。
前記制御手段は、前記通信手段により前記受電装置と通信をしている間、前記給電手段の出力を停止する請求項１または２に記載の給電装置。
前記通信アンテナは、前記給電アンテナの給電範囲に含まれる位置に搭載されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の給電装置。
前記制御手段は、前記通信を実行した後に前記給電を実行するよう制御する場合、前記通信手段からの出力が第二の値以下となるまで、前記給電を開始しないことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の給電装置。
前記給電と前記無線通信とを排他的かつ交互に繰り返し実行するよう制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の給電装置。
給電アンテナと、前記給電アンテナと接続され、前記給電アンテナを介して、受電装置に非接触で給電する給電手段と、前記給電アンテナと前記給電手段との接続を切断する第一のスイッチと、通信アンテナと、前記通信アンテナと接続され、前記通信アンテナを介して前記受電装置と無線通信する通信手段と、前記通信アンテナと前記通信手段との接続を切断する第二のスイッチとを有する給電装置の制御方法であって、
前記給電手段による給電及び前記通信手段による通信を、排他的に実行するよう制御し、
前記給電を実行した後に前記通信を実行する場合、前記給電アンテナと前記給電手段との接続を切断するよう前記第一のスイッチを制御してから、前記通信アンテナと前記通信手段との接続を確立するよう前記第二のスイッチを制御し、
前記給電から前記通信に切り替える際、前記通信アンテナと前記通信手段との接続を確立するよう前記第二のスイッチを制御する前に、前記給電手段の出力電力を所定値以下となるよう制御する
ことを特徴とする給電装置の制御方法。
コンピュータを請求項１乃至６のいずれか１項に記載の給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。