JP7030918B2 - 受電装置及び充電制御プログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、非接触充電機能を備えた受電装置及び係る受電装置の充電制御プログラムに関する。

近年、スマートフォンや携帯型プリンタなどの受電装置を給電装置とケーブルで接続することなく非接触で充電させる技術がある。すなわち、ユーザは受電装置を給電装置に載せるだけで充電することができる。一方で、非接触充電を効率よく行うために、ユーザは給電装置内の送電コイルと、受電装置内の受電コイルとの位置が合うように置く必要がある。そのため、受電装置が給電装置上の正しい位置に置かれているかをユーザが把握できることが望まれている。

特開２０１０－２０６８７１号公報

従って、本発明が解決しようとする課題は、給電装置上の正しい位置に置かれていないことをユーザに通知することが可能な受電装置を提供することである。

上記課題を解決するために、実施形態の受電装置は、受電コイルと、受電部と、報知部と、制御部とを備える。

前記受電コイルは非接触にて給電装置から電力を受電する。受電部は受電した前記電力を充電電流として負荷へ流す。前記報知部は前記給電装置との相対位置が適切でないことを報知する。前記制御部は前記充電電流により充電を開始し、当該充電電流を徐々に増加するよう制御する。当該充電電流が設定された電流値に達する前に充電が停止した場合は、充電停止時の当該充電電流の電流値に基づいて前記給電装置との相対位置が適切でないことを報知させる。

第１の実施形態に係る給電装置と受電装置の例を示す外観図。 第１の実施形態に係る給電装置と受電装置の構成を示すブロック図。 第１の実施形態に係る給電装置の平面図。 第１の実施形態に係る受電装置が置かれた領域と充電効率の関係の示す表。 第１の実施形態に係る受電装置の制御部による制御を示す図。 第１の実施形態に係る各充電電流における充電効率と領域を示す表。 第１の実施形態に係る表示部の表示の例を示す図。 第１の実施形態に係る制御部の制御を示すフローチャート。 第２の実施形態に係る受電装置の制御部による制御を示す図。 受電装置の制御部による制御の別の例を示す図。

以下、発明を実施するための実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は給電装置１００と、給電装置１００により充電される受電装置を示す外観図である。本実施形態では、携帯型プリンタ２００（以下、単にプリンタ２００とする）を受電装置の一例として説明する。

給電装置１００は、プリンタ２００を載置する平板状の筐体から成り、筐体内部の上方（プリンタ２００に近い側）に送電コイル１０５を有している。給電装置１００は、送電状態を表示するＬＥＤなどを有する。また給電装置１００は、送電コイル１０５を含む非接触で電力を送電するための構成を備えている。

プリンタ２００は、給電装置１００上に置いて、非接触で充電することができるようになっている。プリンタ２００内には、送電コイル１０５と対向するように、受電コイル２０５が筐体内部の下方（給電装置１００に近い側）に配置されている。プリンタ２００は、他に印字用の用紙を出し入れするための、開閉可能なカバー２４５、表示部２３０、負荷として二次電池２４０、及び受電コイル２０５を含む非接触で電力を受電するための構成などを備える。尚、非接触での送電及び充電に係る構成については図２で詳細に説明する。

図１に示すように、プリンタ２００は給電装置１００の上に置かれることで、プリンタ２００内の二次電池２４０が充電される。具体的には、給電装置１００の送電コイル１０５とプリンタ２００の受電コイル２０５が所定の距離以内にある状態で、プリンタ２００は給電装置１００から電力の供給を受ける。給電装置１００は、例えば、電磁誘導などの磁界結合方式により電力を伝送するが、これらに限られるものではない。以下では、電磁誘導方式により電力を伝送する場合を例に挙げて説明する。

図２は、本発明の実施形態に係る給電装置１００及びプリンタ２００のブロック図である。

給電装置１００は、電源部１１０、送電部１１５、通信部１２０、表示部１２５、及び制御部１３０を備える。

電源部１１０は、給電装置１００の外部又は内部に設けたＡＣアダプタ等から電源を供給され、給電装置１００内の各部に適した電源を供給する。

送電部１１５は、高周波信号を生成する発振部と、生成された高周波信号を増幅する電力増幅部を備える。電源部１１０から供給された直流電圧を交流に変換して、高周波電力を発生し、送電コイル１０５から電力を伝送する。

通信部１２０は、電波や赤外線などによる無線通信手段、もしくは電力伝送で使用する搬送波を負荷変調するなどの通信手段によって、後述するプリンタ２００の通信部２２５と通信を行うインターフェースを備える。通信部１２０は通信部２２５と通信することで、プリンタ２００が受電した電力値の情報を受け取り、後述する制御部１３０に伝達する。

表示部１２５は、液晶表示装置のほか、タッチパネルのような入出力装置であってもよい。

制御部１３０は、演算装置であるＣＰＵと、記憶装置であるメモリを備える。制御部１３０は、通信部１２０を介してプリンタ２００から送られてきた要求を基に、送電部１１５から送電する電力を制御する。メモリには、送電部１１５から送電コイル１０５へ流す電流を制限するための閾値Ｔｈが格納されており、制御部１３０は電流値が閾値Ｔｈを超えた場合に送電部１１５による送電を停止するように制御する。閾値Ｔｈは、給電装置１００が送電することのできる電力の最大値に基づき設定される。

プリンタ２００は、受電コイル２０５と、受電部２１０と、充電部２１５と、制御部２２０と、通信部２２５と、表示部２３０と、印字部２３５と、負荷として二次電池２４０を備えている。

受電コイル２０５は、送電コイル１０５と電磁誘導などの磁界結合によって電力を受電する。

受電部２１０は、受電コイル２０５が受け取った交流電力を直流に整流する整流部と、電圧を変換するＤＣ／ＤＣ部を備える。受電部２１０は、整流部で生成した直流電圧を、後述する充電部２１５の動作に適した直流電圧に変換して、充電部２１５に供給する。

充電部２１５は、負荷（二次電池）２４０の充電に適した電圧、電流を生成し、二次電池２４０を充電する。以下、充電部２１５から二次電池２４０へ供給される電流を充電電流とする。

制御部２２０は、演算装置であるＣＰＵと、記憶装置であるメモリを備える。また制御部２２０は、受電部２１０が出力する電圧を測定し、充電部２１５が必要とする電圧値が得られるように、通信部２２５を介して給電装置１００に送電電力の調整を要求する。また、制御部２２０は充電電流の電流値を充電部２１５に対して設定し、実際の受電電流の電流値を検出することができるようになっている。そのため、設定した充電電流の電流値と実際の充電電流の電流値に差があれば、通信部２２５を介して給電装置１００に送電電力の調整を要求することもできる。また、制御部２２０は、所定の電流値で二次電池２４０に充電するように充電電流を設定したにもかかわらず、充電電流がゼロになったことを検知した場合には、給電装置１００が送電を停止したと判断する。

通信部２２５は、電波や赤外線などによる無線通信手段、もしくは電力伝送で使用する搬送波を負荷変調するなどの通信手段によって給電装置１００の通信部１２０と通信を行うインターフェースを備える。

表示部２３０は、受電装置の位置の状態などを表示する。表示部２３０は、液晶表示装置のほか、タッチパネルのような入出力装置であってもよい。尚、本実施形態においては表示部２３０が報知部に相当する。

印字部２３５は、サーマルヘッド及びプラテンローラを含む。例えば、サーマルヘッドは、ホストコンピュータからの印字コマンドに基づき感熱タイプのシートを加熱することにより印字をおこなう。プラテンローラは、制御部２２０によって印字動作と同期して回転駆動される。

図３は、給電装置１００の平面図である。充電効率は、プリンタ２００が給電装置１００のどの位置に置かれるかにより変化する。具体的には、給電装置１００の送電コイル１０５が、給電装置１００の中心に設けられている場合、プリンタ２００が有する受電コイル２０５が置かれた位置が給電装置１００の中心に近いほど充電効率が高くなる。

上述した性質を基に、プリンタ２００が置かれた領域と充電効率の関係の例を示した表が図４である。

ここで、充電効率が低い状態で充電を続けると、電力損失が大きくなるために給電装置１００の発熱が大きくなるだけでなく、給電装置１００が送電を停止してしまうことがある。具体的には、プリンタ２００の位置が悪く充電効率が低くなってしまうことで、プリンタ２００が充電に最低限必要な電力を受電することができなくなるケースである。この時、プリンタ２００は給電装置１００に送電量を増加するよう繰り返し要求するが、その結果、給電装置１００が送電することが可能な最大電力を超えてしまうと給電装置１００は送電を停止してしまう。具体的には、送電部１１５から送電コイル１０５へ流れる電流の電流値が閾値Ｔｈを超えた場合に送電部１１５による送電を停止するように給電装置１００は制御する。

給電装置１００は、一度送電を止めてしまうと、例えばプリンタ２００の位置が変化するまでの間は送電を止めたままになってしまう。よって、この場合にはプリンタ２００は、給電装置１００上の正しい位置に置かれていないことをユーザに知らせる必要がある。

このような課題に対し、本実施形態のプリンタ２００は、制御部２２０が充電電流を小さい電流値から充電を開始し、その後徐々に電流値を増やすように設定する。これにより、給電装置１００からの送電が停止した時点に設定していた充電電流に基づき充電効率及びプリンタ２００が置かれている位置を推定する。

図５は、第１の実施形態に係るプリンタ２００の制御部２２０による制御を示す図である。制御部２２０は、プリンタ２００が給電装置１００に置かれると充電電流を小さい値に設定して充電を開始する。その後、制御部２２０は一定時間ごとに充電電流を増加させるように充電部２１５を制御する。図５の例では、制御部２２０は０．２Ａで充電を開始し、一定時間ごとに０．２Ａずつ充電電流を増加させるとする。

ここで、給電装置１００の送電電力をＰ１、プリンタ２００が受け取った電力をＰ２とすると、非接触充電の効率Ｅ（％）は以下の式で与えられる。

Ｅ＝（Ｐ２／Ｐ１）×１００ （１）
さらに、プリンタ２００の充電電圧をＶ２、二次電池２４０に充電する電力以外に制御部２２０などのプリンタ２００が消費する電力をＰ３とすれば、充電電流Ｉは以下のように表せる。

（Ｐ２－Ｐ３）／Ｖ２＝Ｉ （２）
式（１）、（２）より、
Ｅ＝（（Ｖ２×Ｉ＋Ｐ３）／Ｐ１）×１００ （３）
となる。充電電圧Ｖ２、充電以外の電力Ｐ３、送電電力Ｐ１はあらかじめわかっている値であるので、送電が停止した時点での充電電流Ｉを検出すれば、制御部２２０は充電効率Ｅの算出と同時に、プリンタ２００が置かれている位置を推定することができる。

次に、具体的に以下の条件の例として制御部２２０の制御を説明する。

送電電力Ｐ１：７Ｗ（最大）
充電電圧Ｖ２：４．２Ｖ（最大）
制御部２２０等の消費電力Ｐ３：０．５Ｗ
上記の例においては、送電出力が７Ｗを超えるような負荷が給電装置１００にかかった場合、給電装置１００は送電を停止することになる。また、充電電圧は負荷としての二次電池２４０が1セルのリチウムイオン電池とした場合の最大値である。また、制御部２２０等の消費電力Ｐ３は、二次電池２４０に充電する電力以外に、制御部２２０などのプリンタ２００が消費する電力を示す。また、充電に適切な充電電流の値を１．０Ａと設定する。

このような条件の下、制御部２２０が充電を開始する。仮に、充電電流が０．２Ａの時に充電が停止した場合（図５（ａ））、上述の式（３）に用いると
充電効率Ｅは、
Ｅ＝（４．２×０．２＋０．５／７）×１００＝１９（％）
となり１９％であることが分かる。よって図５より、制御部２２０は、領域３００近辺に置かれていると判断する。同様にして０．４Ａ、０．６Ａ、０．８Ａ、１．０Ａの各充電電流の電流値において給電装置１００の送電が停止された場合の充電効率及びプリンタ２００の置かれた領域を判断することができる。各充電電流における充電効率と領域の例を示した表が図６である。

このようにして、制御部２２０は充電停止時の充電電流の電流値に基づき、プリンタ２００がどの領域に置かれたのかを判断する。制御部２２０は、プリンタ２００がどの領域に置かれているかに基づき、位置が適切でなく充電ができないこと、適正な位置にプリンタ２００を置くことなどを表示部２３０に表示し、利用者に位置の状態を知らせることができる。

尚、例としてプリンタ２００の充電電圧Ｖ２を４．２Ｖとして扱っているが、これは二次電池２４０が満充電に近い状態での値である。よって充電電圧Ｖ２は、電池容量に応じて例えば３．５Ｖや４．０Ｖとして計算してもよい。

尚、例では制御部２２０は充電停止時の充電電流の電流値を基に充電効率を算出したが、充電電流を増加する前、若しくは充電電流を増加する前と充電停止時の充電電流の値の間の電流値で算出してもよい。

図７は、表示部２３０の表示の例を示す図である。図７（ａ）、（ｂ）に示すように、プリンタ２００の表示部２３０に、それぞれ各メッセージを表示する。また、図７（ｃ）に示すように、プリンタ２００の位置が適正な位置か、あるいはどの程度ずれた位置にあるか、によって変化するバーをＬＥＤによってプリンタ２００の一部に点灯させてユーザへ報知させるようにしてもよい。

尚、表示する内容は上記に限定するものではなく、例えば充電効率や推定される位置を数値で表示させてもよい。また、上記実施例では、報知部として受電装置の表示部を例にとって説明したがこれに限るものではない。例えば報知部は音によってプリンタ２００の位置が適正な位置か、あるいはどの程度ずれた位置にあるかを報知する形態も採り得る。

尚、これらの報知はプリンタに備えられた報知部によるものに限らない。例えば、プリンタ２００は、スマートフォンなどの外部装置と通信することで、外部装置の報知部により報知してもよい。

図８は、第１の実施形態に係る制御部２２０の制御を示すフローチャートである。

例えばプリンタ２００が給電装置１００の上に置かれると、制御部２２０は、設定された充電電流の電流値により充電制御を開始する（ＡＣＴ１００）。充電開始時の充電電流の電流値はメモリに保存されており、図５の例では０．２Ａである。このとき、制御部２２０は設定された電流値の充電電流を流せるようになるまで、給電装置１００に対して送電電力を増加するように制御する。しかしながら、プリンタ２００が不適正な位置に置かれていると、送電効率が悪く、充電部２１５の送電能力の最大値を上回ってしまい、送電を停止する場合がある。そのため、制御部２２０は給電装置１００からの送電が停止したか否かを確認する（ＡＣＴ１０１）。送電が停止したことを検知すると、制御部２２０は、設定した充電電流の電流値に基づきプリンタ２００がどれだけずれて置かれているかを算出する。（ＡＣＴ１０６）。

次に制御部２２０は、算出した結果から、プリンタ２００の位置がずれていることを表示部２３０に表示する（ＡＣＴ１０７）。この時、制御部２２０は、プリンタ２００がずれている量に応じて表示内容を変化させてもよい。

その後、プリンタ２００はユーザによって適切な位置に置かれるまで充電ができないため、制御部２２０は充電を終了し（ＡＣＴ１０５、Ｙｅｓ）、一連の制御を終了する。

他方、ＡＣＴ１０１にて給電装置１００の送電が継続している場合（ＡＣＴ１０１、Ｙｅｓ）、制御部２２０は、充電電流の電流値が制御部２２０においてあらかじめ設定されていた目標値に達しているか否かによって制御を変える。図５の例では、充電電流の目標値は１．０Ａである。

制御部２２０は、充電電流の電流値が目標値に達していなければ、充電電流を所定量増加させる（ＡＣＴ１０３）。図５の例では、制御部２２０は充電電流を０．２Ａずつ増加させる。尚、制御部２２０は、直前に充電電流を増加させてから、一定時間が経過をしたことを条件に充電電流を増加させてもよい。次に制御部２２０は、更新された充電電流により引き続き充電を行う。（ＡＣＴ１００）。制御部２２０は、充電電流の電流値が目標値になるまでＡＣＴ１００～１０３を繰り返す。

充電電流の電流値が目標の値に達したならば（ＡＣＴ１０２、Ｙｅｓ）、制御部２２０はそのまま充電を継続させる（ＡＣＴ１０４）。充電は二次電池２４０が満充電になるまで続けられる。二次電池２４０が満充電になると、制御部２２０は充電を終了し（ＡＣＴ１０５、Ｙｅｓ）、一連の制御を終了する。

尚、上述した充電の制御を始める際、プリンタ２００は給電装置１００に対して通信による認証処理を行なってもよい。認証処理を行う場合、給電装置１００は、認証が完了した後にプリンタ２００への送電を開始する。

以上より、第１の実施形態のプリンタは、充電が停止した際に設定されていた充電電流に基づいて、プリンタが給電装置上の適正な位置に置かれていないことを判断する。このような構成により、給電装置に特別な機能を搭載させることなく、プリンタのみでプリンタが給電装置上の正しい位置に置かれていないことをユーザに通知することができる。

（第２の実施形態）
図９は、第２の実施形態に係る受電装置の制御部２２０による制御を示す図である。図９を参照にして第２の実施形態について説明する。第２の実施形態のプリンタ２００は、給電装置１００からの送電が停止した後にユーザがプリンタ２００を置き直した場合、送電が停止した時点の充電電流で充電を再開する。尚、第２の実施形態における給電装置１００とプリンタ２００の構造は第１の実施形態と同様である。

図９を用いて、制御部２２０による充電電流の増加と給電装置１００の送電停止の関係を具体的に説明する。制御部２２０は、プリンタ２００が給電装置１００に置かれると充電を開始する。制御部２２０は、まずは小さい電流（図９の例では０．２Ａ）で充電を開始し、一定時間ごとに電流を増加させていくように充電部２１５を制御する。給電装置１００は、プリンタ２００が要求する電力を供給するために送電出力を増加する。図９の例では充電電流が０．４Ａに増加したとき送電が停止される（図９（ａ））。これは、プリンタ２００を置く位置が給電装置１００の中心からずれているために効率が低く、プリンタ２００が要求する電力を送電する前に、給電装置１００が送電可能な電力の最大値７Ｗに達してしまうためである。

制御部２２０は、充電停止時の充電電流の電流値に基づいてプリンタ２００の位置の状態を判断し、表示部２３０によりユーザに報知する。その結果、ユーザによりプリンタ２００が置き直された場合、再び受電を開始する。この際、充電停止時の充電電流の電流値から充電を再開する（図９（ｂ））。

以降の処理は、第１の実施形態と同様である。また、充電再開後に給電装置１００の送電が再度停止した場合（図９（ｃ））、再度表示部２３０によりプリンタ２００の位置がずれていることを報知する。その結果、ユーザにより改めてプリンタ２００が置き直された場合、再び受電を開始する。この際、直近の充電停止時の充電電流の電流値から充電を再開する（図９（ｄ））。

上記第２の実施形態では、充電が停止した後の充電再開時において、制御部２２０は送電が停止した時の充電電流の電流値から充電を再開する。これはユーザがプリンタ２００を置き直す際には、より中心に置き直すことが期待できるため、送電が停止される前までに設定されていた充電電流の電流値に設定して充電することを不要としたものである。上述のように制御部を制御することで、受電コイル２０５の中心が適正な位置に置かれているか否かの判断を短時間で行うことができる。

以上により、各実施形態のプリンタは、給電装置からの送電が停止した際に設定されていた充電電流に基づいて、プリンタが給電装置上の適正な位置に置かれていないことを判断することができる。

尚、本実施形態における受電部と充電部は明確に区別するものではなく、受電部と充電部を合わせて受電部として扱ってもよい。

尚、本実施形態の例では、充電が停止した時の充電電流の電流値によりプリンタの置かれた領域を算出したが、あらかじめこれらの関係をテーブルとして作成し、プリンタのメモリ内に呼び出し可能に記憶させておいてもよい。

尚、受電装置は携帯型プリンタに限定するものではなく、例えばスマートフォンなどのモバイル機器であってもよい。スマートフォンも携帯型プリンタと同様に表示部と負荷を備えている。

尚、本実施形態で示した充電電流の電流値や効率などの値は一例であり、上記の値に限るものではない。また、負荷として二次電池を例に挙げたが、二次電池に限定するものではなく、例えば受電装置を構成する回路であっても構わない。

尚、上記の例では、充電開始後の充電電流をステップ状に増加させていく例を示したが、これに限定するものではない。例えば図１０は、受電装置の制御部による制御の別の例を示す図である。このように、受電装置の制御部は充電電流の電流値をステップ状ではなく連続的に増やしていくようにしてもよい。

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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

１００…給電装置
１０５…送電コイル
１１０…電源部
１１５…送電部
１２０…通信部
１２５…表示部
１３０…制御部
２００…受電装置
２０５…受電コイル
２１０…受電装置
２１５…充電部
２２０…制御部
２２５…通信部
２３０…表示部
２３５…印字部
２４０…負荷（二次電池）

Claims (6)

1. 非接触にて給電装置から電力を受電する受電コイルと、
   受電した前記電力を充電電流として負荷へ流す受電部と、
   前記充電電流により充電を開始し、当該充電電流を増加するよう制御し、当該充電電流が設定された電流値に達する前に充電が停止した場合は、前記給電装置との相対位置が適切でないことを報知部に報知させる制御部と、
   を有する受電装置。
2. 前記制御部は、充電停止時の前記充電電流の電流値に基づいて充電効率を算出し、前記報知部に報知させる請求項１記載の受電装置。
3. 前記報知部は給電装置に対する受電装置の相対位置を表示し、前記制御部は、充電停止時の前記充電電流の電流値に基づいて前記相対位置を算出し、前記報知部に報知させる請求項１記載の受電装置。
4. 前記制御部は、前記充電電流を所定時間ごとに所定量上げる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の受電装置。
5. 前記制御部は、充電が停止した後に、前記相対位置が変化することで再び充電が開始される場合、充電停止時に設定されていた前記充電電流の電流値から充電を開始する請求項１乃至４記載のいずれか１項に記載の受電装置。
6. 給電装置から非接触による充電が可能な受電装置を制御するプログラムであって、
   電力を受電する機能と、
   受電した前記電力を充電電流として負荷へ流す機能と、
   前記充電電流により、充電を開始し、当該充電電流を増加するよう制御し、当該電流値が設定された電流値に達する前に充電が停止した場合は、前記給電装置との相対位置が適切でないことを報知部に報知させる機能と、
   を前記受電装置に実現させる充電制御プログラム。

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