JP7333803B2 - 電源装置及び電源システム - Google Patents

Description

本発明は、電源装置及び電源システムに関する。

規格化された電池寸法に適合する寸法を有する筐体を有し、無線充電システムからワイヤレス無線周波数電力を受信して無線充電可能な無線充電式の電池装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載される電池装置は、無線充電システムから無線充電可能なので、携帯性を維持しながら、モバイル通信機器を充電することができる。

特開２０２０－１９５２８０号公報

しかしながら、特許文献１に記載される電池装置は、負荷に供給する負荷電流を制御しないため、充電が容易ではない環境下において負荷電流が負荷に供給され続けることにより、充電電圧が低下して、需要に応じて負荷電流が負荷に供給されないおそれがある。

本発明は、このような課題を解決するものであり、無線充電が可能であり且つ外部装置によって負荷電流を制御可能な電源装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電源装置は、送電装置から送電された電磁波を受電する受電用アンテナと、受電用アンテナに接続され、受電用アンテナが受電した電磁波を電圧に変換する整流器と、整流器に接続され、整流器によって変換された電圧を充電電圧として充電する充電素子と、充電素子から負荷に供給される負荷電流をオン信号及び負荷電流をオフすることを示すオフ信号を受信する信号用アンテナと、オン信号及びオフ信号からオン指示及びオフ指示を生成する信号変換回路と、充電素子と負荷との間に接続され、オン指示及びオフ指示が入力されることに応じて、充電素子から負荷に供給される負荷電流をオンオフする電流供給回路とを有する。

さらに、本発明に係る電源装置では、信号用アンテナは、負荷電流を制御することを示す電流量制御信号を受信し、信号変換回路は、電流量制御信号から電流量制御指示を生成し、電流供給回路は、電流量制御指示が入力されることに応じて、負荷電流の電流量を制御することが好ましい。

さらに、本発明に係る電源装置は、充電電圧を検出する電圧検出センサを更に有し、信号変換回路は、充電電圧を示す充電電圧信号を生成し、信号用アンテナは、充電電圧信号を送信することが好ましい。

さらに、本発明に係る電源装置は、受電用アンテナが配置されると共に、整流器が内部に配置される第１筐体と、充電素子及び電流供給回路が内部に配置される第２筐体と、信号用アンテナが配置されると共に、信号変換回路が内部に配置される第３筐体とを更に有し、第１筐体、第２筐体及び第３筐体は、分離可能に一体化されることが好ましい。

さらに、本発明に係る電源装置では、第１筐体、第２筐体及び第３筐体は、一体化されたときに電池の規格に適合する形状及び寸法を有することが好ましい。

さらに、本発明に係る電源装置では、受電用アンテナは、第１筐体の側面に配置された面状アンテナであることが好ましい。

さらに、本発明に係る電源装置では、受電用アンテナは、第１筐体の側面にらせん状に巻き付けられた線状アンテナであることが好ましい。

さらに、本発明に係る電源装置では、受電用アンテナは、第１筐体の側面から露出する線状アンテナであることが好ましい。

また、本発明に係る電源システムは、電磁波を送電する送電装置と、負荷に供給される負荷電流をオン信号及び負荷電流をオフすることを示すオフ信号を送信する制御信号と、電磁波を受電すると共に、オン信号及びオフ信号を受信する電源装置とを有し、電源装置は、送電装置から送電された電磁波を受電する受電用アンテナと、受電用アンテナに接続され、受電用アンテナが受電した電磁波を電圧に変換する整流器と、整流器に接続され、整流器によって変換された電圧を充電電圧として充電する充電素子と、オン信号及びオフ信号を受信する信号用アンテナと、オン信号及びオフ信号からオン指示及びオフ指示を生成する信号変換回路と、充電素子と負荷との間に接続され、オン指示及びオフ指示が入力されることに応じて、充電素子から負荷に供給される負荷電流をオンオフする電流供給回路とを有する。

実施形態に係る電源システムを示す図である。 図１に示す電源システムのブロック図である。 図１に示す電源装置の斜視図である。 図１に示す電源装置のブロック図である。 図４に示す電流供給回路の回路図である。 図１に示す電源システムにおける充電処理を示すシーケンス図である。 図１に示す電源システムにおける負荷電流制御処理を示すシーケンス図である。 （ａ）は第２実施形態に係る電源装置の斜視図（その１）であり、（ｂ）は第２実施形態に係る電源装置の斜視図（その２）である。 図８（ａ）に示す電源装置のブロック図である。 第１変形例に係る電源装置の平面図である。 （ａ）は第２変形例に係る電源装置の斜視図であり、（ｂ）は第３変形例に係る電源装置の斜視図である。 変形例に係る電源システムを示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る電源装置及び電源システムについて詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

（実施形態に係る電源システム及び電源装置の概要）
図１は、実施形態に係る電源システムを示す図である。

電源システム１００は、送電装置１０１と、制御装置１０２と、負荷装置１０３と、電源装置１とを有し、送電装置１０１から無線給電される電源装置１によって駆動される負荷装置１０３に電源装置１から供給される負荷電流Ｉ_Lを制御装置１０２が制御する。

送電装置１０１は、例えばＩＥＥＥ８０２．１１シリーズ等の無線ＬＡＮ（Local Area Network）規格に準拠した無線通信及び給電用の電磁波を放射する装置であり、所定の無線ＬＡＮ規格による制御信号および電力を電源装置１に送信・送電する。

制御装置１０２は、例えば多機能携帯電話（いわゆる「スマートフォン」）であり、ＢＬＥ（Bluetooth（登録商標） Low Energy）等の近距離無線通信により電源装置１に制御信号を送信すると共に、電源装置１から種々の信号を受信する。

負荷装置１０３は、例えばモータ１３０を有する自動車型の玩具であり、内部に配置される電源装置１から負荷電流Ｉ_Lが供給されることに応じて、閉路である走行路１３１を走行する。

電源装置１は、電池の規格に適合する形状及び寸法を有する筐体を有し、送電装置１０１から電磁波を受信することに応じて、筐体の内部に配置される充電素子に充電電圧を充電する。

電源装置１は、制御装置１０２から送信される制御信号に基づいて、負荷装置１０３に負荷電流Ｉ_Lを供給する。制御装置１０２は、ユーザがタッチパネル１２０上に押下可能に表示されるスタートボタン１２０ａを押下することに応じて、オン信号を電源装置１に送信する。電源装置１は、オン信号を受信すると、充電素子から負荷装置１０３に負荷電流Ｉ_Lを供給する。

制御装置１０２は、ユーザがタッチパネル１２０上に押下可能に表示される電流量増加ボタン１２０ｂを押下することに応じて、電流増加信号を電源装置１に送信する。電源装置１は、電流増加信号を受信すると、充電素子から負荷装置１０３に供給される負荷電流Ｉ_Lの電流量を増加する。自動車型の玩具を例に出すと、負荷装置１０３は、充電素子から供給される負荷電流Ｉ_Lの電流量が増加すると、加速する。

制御装置１０２は、ユーザがタッチパネル１２０上に押下可能に表示される電流量減少ボタン１２０ｃを押下することに応じて、電流減少信号を電源装置１に送信する。電源装置１は、電流減少信号を受信すると、充電素子から負荷装置１０３に供給される負荷電流Ｉ_Lの電流量を減少する。自動車型の玩具を例に出すと、負荷装置１０３は、充電素子から供給される負荷電流Ｉ_Lの電流量が減少すると、減速する。

制御装置１０２は、ユーザがタッチパネル１２０上に押下可能に表示されるストップボタン１２０ｄを押下することに応じて、オフ信号を電源装置１に送信する。電源装置１は、オフ信号を受信すると、充電素子から負荷装置１０３への負荷電流Ｉ_Lの供給を停止する。自動車型の玩具を例に出すと、負荷装置１０３は、負荷電流Ｉ_Lの供給が停止すると、走行を停止する。

電源システム１００では、電源装置１は、制御装置１０２から送信される制御信号に基づいて、負荷装置１０３に供給する負荷電流Ｉ_Lを制御するので、負荷装置１０３の供給電力量を制御装置１０２を介してユーザが容易に制御することができる。

（実施形態に係る電源システム及び電源装置の構成及び機能）
図２は、電源システム１００のブロック図である。

送電装置１０１は、第１通信部１１１と、第２通信部１１２と、送電記憶部１１３と、送電処理部１１４と、第１アンテナ１１５と、第２アンテナ１１６とを有し、電源装置１に無線信号および電力を送信・送電する。第１通信部１１１は、ＩＥＥＥ８０２．１１シリーズ等の無線ＬＡＮ規格により第１アンテナ１１５を介して電源装置１に無線信号を送信する。第２通信部１１２は、電源装置１から送電される電磁波を第２アンテナ１１６を介して送電する。

送電記憶部１１３は、半導体記憶装置等の記憶装置を備え、電源装置１によって検出された充電電圧及び充電電流を示す情報等を記憶する。送電処理部１１４は、送電装置１０１の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えばマイクロコントロールユニット（Micro Control Unit、ＭＣＵ）である。充電電圧及び充電電流を示す情報等の電源装置１から取得した充電電圧及び充電電流を示す情報等に基づいて、送電処理部１１４に送信する無線信号の強度を制御する。

第１アンテナ１１５は、第１通信部１１１によって生成された無線信号を電源装置１に送信し、第２アンテナ１１６は、電源装置１から送信された電磁波を送電する。第１アンテナ１１５及び第２アンテナ１１６の形状は、特に限定されない。

制御装置１０２は、タッチパネル１２０と、制御通信部１２１と、制御記憶部１２２と、制御処理部１２３と、制御アンテナ１２４とを有し、電源装置１に制御信号を送信する。タッチパネル１２０は、ユーザによって押下されることに入力される情報を取得すると共に、制御処理部１２３によって生成された情報をユーザに視認可能に表示する入出力デバイスである。制御通信部１２１は、ＢＬＥ等の近距離無線通信により制御アンテナ１２４を介して種々の信号を電源装置１に送信する。また、制御通信部１２１は、主に２．４ＧＨｚ帯を感受帯域とするアンテナを含む通信インターフェース回路を有し、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）等の無線ＬＡＮの基地局を介して無線通信を行う。

制御記憶部１２２は、半導体記憶装置等の記憶装置を備え、制御記憶部１２２は、制御処理部１２３での処理に用いられるオペレーティングシステムプログラム、ドライバプログラム、アプリケーションプログラム、データ等を記憶する。例えば、制御記憶部１２２は、電源装置１が負荷装置１０３に供給する負荷電流Ｉ_Lを制御する電流制御プログラム等を記憶する。電流制御プログラムは、例えばＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から、公知のセットアッププログラム等を用いて制御記憶部１２２にインストールされてもよい。また、制御記憶部１２２は、電流制御プログラムで使用される種々のデータを記憶する。

制御処理部１２３は、一又は複数個のプロセッサ及びその周辺回路を有する。制御処理部１２３は、制御装置１０２の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えば、中央処理装置（Central Processing Unit、ＣＰＵ）である。制御処理部１２３は、制御記憶部１２２に記憶されているプログラム（ドライバプログラム、オペレーティングシステムプログラム、アプリケーションプログラム等）に基づいて処理を実行する。また、制御処理部１２３は、複数のプログラム（アプリケーションプログラム等）を並列に実行できる。

制御アンテナ１２４は、制御通信部１２１によって生成されたＢＬＥ信号を電源装置１に送信する。制御アンテナ１２４の形状は、特に限定されない。

負荷装置１０３は、モータ１３０を有し、電源装置１から負荷電流Ｉ_Lが供給されることに応じて走行する自動車型の玩具である。なお、負荷装置１０３は、自動車型の玩具であるが、実施形態に係る電源システムでは、負荷装置は、電車及びモータバイク等の自動車以外の車両型の玩具でもよく、電動ポット等の車両型の玩具以外の電動機器やセンサ、IoT端末、モバイル端末などであってもよい。

（第１実施形態に係る電源装置の構成及び機能）
図３は、電源装置１の斜視図である。

電源装置１は、筐体１０と、筐体１０の側面に配置される受電用アンテナ１１とを有する。筐体１０は、単３形電池に適合する形状及び寸法を有する。筐体１０は、単３形電池以外の国際電気標準会議（International Electrotechnical Commission、ＩＥＣ）規格、又は日本産業規格（Japanese Industrial Standards、ＪＩＳ）に適合する形状及び寸法を有してもよい。受電用アンテナ１１筐体１０の一方の端面には正電極１０ａが配置され、筐体１０の他方の端面には負電極１０ｂが配置される。電源装置１は、正電極１０ａと負電極１０ｂとの間に負荷電流Ｉ_Lを供給し、負荷装置１０３を駆動する。

受電用アンテナ１１は、筐体１０の側面に配置された面状アンテナであり、例えばボウタイアンテナ、スロットアンテナ、及びダイポールアンテナであるが、筐体１０の側面に配置可能な面状アンテナであれば、形状は限定されない。

図４は、電源装置１のブロック図である。

電源装置１は、整流器１２と、充電回路１３と、充電素子１４と、ＤＣ－ＤＣ回路１５と、電流供給回路１６と、信号変換回路１７と、信号用アンテナ１８とを更に有する。整流器１２は、例えば入力フィルタと、整流素子と、出力フィルタと有するシングルシャント型の整流回路であり、受電用アンテナが送電信号を受電することに応じて直流電圧Ｖ_Dを生成する。

充電回路１３は、充電電流センサ１３ａ及び充電電圧センサ１３ｂを有し、整流器１２によって生成された直流電圧Ｖ_Dが入力され、充電素子１４に流れる充電電流Ｉ_C及び充電電圧Ｖ_Cを監視しながら充電素子１４を定電流充電する。充電回路１３は、充電電流センサ１３ａによって検出された充電電流Ｉ_Cを示す充電電流情報、及び充電電圧センサ１３ｂによって検出された充電電圧Ｖ_Cを示す充電電圧情報を信号変換回路１７に出力する。

充電素子１４は、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池であり、１．５Ｖの定格電圧を有する。ＤＣ－ＤＣ回路１５は、充電電圧Ｖ_Cを昇圧して生成した電源電圧を充電回路１３、電流供給回路１６及び信号変換回路１７に供給する。整流器１２、充電回路１３、充電素子１４及びＤＣ－ＤＣ回路１５の構成は、よく知られているので、ここでは詳細な説明は省略する。

図５は、電流供給回路１６の回路図である。

デコーダ２０と、第１定電流回路２１と、第２定電流回路２２と、第３定電流回路２３と、第４定電流回路２４と、第５定電流回路２５と、第６定電流回路２６と、第７定電流回路２７と、第７定電流回路２７とを有する。デコーダ２０は、３ビットの電流量制御指示が入力され、電流量制御指示に対応する選択指示を第１定電流回路２１～第７定電流回路２７のそれぞれに出力する。デコーダ２０は、電流量制御指示が「０００」であるとき、第１定電流回路２１～第７定電流回路２７の全てを選択しない第１選択指示を出力する。電流量制御指示が「００１」であるとき、第１定電流回路２１を選択し、第２定電流回路２２～第７定電流回路２７を選択しない第２選択指示を出力する。デコーダ２０は、電流量制御指示が「０１０」であるとき、第１定電流回路２１及び第２定電流回路２２を選択し、第３定電流回路２３～第７定電流回路２７を選択しない第３選択指示を出力する。デコーダ２０は、電流量制御指示が「０１１」であるとき、第１定電流回路２１～第３定電流回路２３を選択し、第５定電流回路２５～第７定電流回路２７を選択しない第４選択指示を出力する。デコーダ２０は、電流量制御指示が「１００」であるとき、第１定電流回路２１～第４定電流回路２４を選択し、第５定電流回路２５～第７定電流回路２７を選択しない第５選択指示を出力する。デコーダ２０は、電流量制御指示が「１０１」であるとき、第１定電流回路２１～第５定電流回路２５を選択し、第６定電流回路２６及び第７定電流回路２７を選択しない第６選択指示を出力する。デコーダ２０は、電流量制御指示が「１１０」であるとき、第１定電流回路２１～第６定電流回路２６を選択し、第７定電流回路２７を選択しない第７選択指示を出力する。デコーダ２０は、電流量制御指示が「１１１」であるとき、第１定電流回路２１～第７定電流回路２７の全てを選択する第８選択指示を出力する。

第１定電流回路２１～第７定電流回路２７のそれぞれは、一対のｎＭＯＳトランジスタを有する。一対のｎＭＯＳトランジスタの一方はゲートとソースとの間が短絡されて定電流素子として機能し、一対のｎＭＯＳトランジスタの他方はゲートがデコーダ２０に接続され、スイッチング素子として機能する。第１定電流回路２１～第７定電流回路２７のそれぞれは、デコーダ２０によって選択されるときにオンして負荷電流Ｉ_Lを供給し、デコーダ２０によって選択されないときにオフして負荷電流Ｉ_Lを供給しない。デコーダ２０から第１選択指示が入力されるとき、第１定電流回路２１～第７定電流回路２７の全てが選択されず、負荷電流Ｉ_Lは供給されない。デコーダ２０から第２選択指示が入力されるとき、第１定電流回路２１が選択され、最小量の負荷電流Ｉ_Lが供給される。デコーダ２０から入力される選択指示により選択される定電流回路の数が増加するに従って、オンする定電流回路が増加して、供給される負荷電流Ｉ_Lが増加する。

信号変換回路１７は、送電装置１０１及び制御装置１０２との間で通信されるＢＬＥのプロトコルに従ったＢＬＥ信号を生成すると共に、ＢＬＥのプロトコルに従ったＢＬＥ信号に対応する指示を生成する。信号変換回路１７は、充電回路１３から入力される充電電流情報及び充電電圧情報に対応する充電電流信号及び充電電圧信号を生成する。また、信号変換回路１７は、制御装置１０２から信号用アンテナ１８を介して入力される制御信号に対応する制御指示を生成する。制御指示は、第１選択指示～第８選択指示を含む。

信号用アンテナ１８は、信号変換回路１７は、ＢＬＥのプロトコルに従ったＢＬＥ信号を送電装置１０１及び制御装置１０２との間で通信されるアンテナである。信号用アンテナ１８は、例えばダイポールアンテナ又はモノポールアンテナであるが、筐体１０の内部に配置可能なものであれば、形状は限定されない。

（実施形態に係る電源システムにおける充電処理）
図６は、電源システム１００における充電処理を示すシーケンス図である。図６に示す充電処理は、予め送電記憶部１１３に記憶されているプログラムに基づいて、主に制御処理部１２３により、送電装置１０１及び電源装置１の各要素と協働して実行される。

まず、送電装置１０１は、第２アンテナ１１６を介して電源装置１に接続要求信号を送信する（Ｓ１０１）。電源装置１は、接続要求信号を信号用アンテナ１８を介して受信すると、接続応答信号を信号用アンテナ１８を介して送電装置１０１に送信する（Ｓ１０２）。

次いで、電源装置１は、充電電圧情報に対応する充電電圧信号を第２アンテナ１１６を介して送電装置１０１に送信する（Ｓ１０３）。電源装置１は、信号変換回路１７及び信号用アンテナ１８を介して充電電圧信号を送電装置１０１に送信する。

次いで、送電装置１０１は、充電素子１４への充電を開始するか否かを判定する（Ｓ１０４）。送電装置１０１は、充電電圧信号に対応する充電電圧Ｖ_Cが所定の開始電圧よりも低いときに、充電素子１４への充電を開始すると判定する。送電装置１０１によって充電素子１４への充電を開始すると判定されるまで、Ｓ１０３～Ｓ１０４の処理が繰り返される。

送電装置１０１は、充電素子１４への充電を開始すると判定すると、第１アンテナ１１５を介する無線信号の送信を開始する（Ｓ１０５）。電源装置１は、受電用アンテナ１１を介して送電装置１０１から無線信号を受信すると、整流器１２及び充電回路１３によって無線信号を変換して充電素子１４を充電する（Ｓ１０６）。充電回路１３は、充電素子１４を充電するときに、充電素子１４に供給される充電電流Ｉ_Cを示す充電電流情報及び充電素子１４に充電される充電電圧Ｖ_Cを示す充電電圧情報を所定の周期で取得し、信号変換回路１７に出力する。

次いで、電源装置１は、充電電流情報及び充電電圧情報に対応する充電電流信号及び充電電圧信号を送電装置１０１に送信する（Ｓ１０７）。電源装置１は、信号変換回路１７及び信号用アンテナ１８を介して充電電流信号及び充電電圧信号を送電装置１０１に送信する。

送電装置１０１は、充電電流信号及び充電電圧信号を受信すると、無線信号を最適化するように制御する（Ｓ１０８）。送電装置１０１は、例えば充電電流Ｉ_Cを増加又は減少させるように無線信号の信号強度を制御してもよい。また、送電装置１０１は、第１アンテナ１１５が指向性アンテナであり且つ第１アンテナ１１５が可動式アンテナであるとき、電源装置１が受信する無線信号の信号強度が高くなるように第１アンテナ１１５の方向を制御してもよい。

次いで、送電装置１０１は、充電素子１４への充電が完了するか否かを判定する（Ｓ１０９）。送電装置１０１は、充電電圧信号に対応する充電電圧Ｖ_Cが所定の完了電圧まで上昇したときに、充電素子１４への充電が完了したと判定する。送電装置１０１によって充電素子１４への充電が完了したと判定されるまで、第１アンテナ１１５を介する無線信号の送信が継続されながら、Ｓ１０６～Ｓ１０９の処理が繰り返される。

送電装置１０１は、充電素子１４への充電が完了したと判定すると、第１アンテナ１１５を介する無線信号の送信を終了する（Ｓ１１０）。以降、送電装置１０１と電源装置１との間の接続が確立している間、Ｓ１０３～Ｓ１１０の処理が繰り返される。

（実施形態に係る電源システムにおける負荷電流制御処理）
図７は、電源システム１００における負荷電流制御処理を示すシーケンス図である。図７に示す負荷電流制御処理は、予め制御記憶部１２２に記憶されているプログラムに基づいて、主に制御処理部１２３により、制御装置１０２及び電源装置１の各要素と協働して実行される。

まず、制御装置１０２は、制御アンテナ１２４を介して電源装置１に接続要求信号を送信する（Ｓ２０１）。電源装置１は、接続要求信号を信号用アンテナ１８を介して受信すると、接続応答信号を信号用アンテナ１８を介して制御装置１０２に送信する（Ｓ２０２）。

次いで、制御装置１０２は、オン指示が入力されたか否かを判定する（Ｓ２０３）。制御装置１０２は、タッチパネル１２０のスタートボタン１２０ａがユーザによって押下されたときに、オン指示が入力されたと判定する。制御装置１０２は、オン指示が入力されたと判定するまで、待機する。

制御装置１０２は、オン指示が入力されたと判定すると、オン信号を電源装置１に送信する（Ｓ２０４）。オン信号は、「１００」である電流量制御指示に対応する。電源装置１は、オン信号を受信すると、負荷装置１０３への負荷電流Ｉ_Lの供給を開始する（Ｓ２０５）。電源装置１は、「１００」である電流量制御指示が信号変換回路１７から電流供給回路１６に出力されることによって、第１定電流回路２１～第４定電流回路２４がオンして負荷装置１０３に負荷電流Ｉ_Lを供給する。

次いで、制御装置１０２は、電流量制御指示が入力されたか否かを判定する（Ｓ２０６）。制御装置１０２は、タッチパネル１２０の電流量増加ボタン１２０ｂ又は電流量減少ボタン１２０ｃがユーザによって押下されたときに、電流量制御指示が入力されたと判定する。

制御装置１０２は、電流量制御指示が入力されたと判定する（Ｓ２０７）と、電流量制御信号を電源装置１に送信する。制御装置１０２は、タッチパネル１２０の電流量増加ボタン１２０ｂがユーザによって押下されたとき、オンする定電流回路が１つ増加することを示す電流量制御信号を送信する。また、タッチパネル１２０の電流量減少ボタン１２０ｃがユーザによって押下されたとき、オンする定電流回路が１つ増加することを示す電流量制御信号を送信する。

電源装置１は、電流量制御信号を受信することにより、負荷装置１０３に供給する負荷電流Ｉ_Lの電流量を制御する（Ｓ２０８）。電源装置１は、受信する電流量制御信号に応じて、オンする定電流回路の数を増減する。電源装置１は、オンする定電流回路の数を増減することで、負荷装置１０３に供給する負荷電流Ｉ_Lの電流量を制御することができる。

次いで、制御装置１０２は、オフ指示が入力されたか否かを判定する（Ｓ２０９）。制御装置１０２は、タッチパネル１２０のストップボタン１２０ｄがユーザによって押下されたときに、オフ指示が入力されたと判定する。制御装置１０２によってオフ指示が入力されたと判定されるまで、Ｓ２０６～Ｓ２０９の処理が繰り返される。

制御装置１０２は、オフ指示が入力されたと判定すると、オフ信号を電源装置１に送信する（Ｓ２１０）。オフ信号は、「０００」である電流量制御指示に対応する。電源装置１は、オフ信号を受信すると、負荷装置１０３への負荷電流Ｉ_Lの供給を終了する（Ｓ２１１）。電源装置１は、「０００」である電流量制御指示が信号変換回路１７から電流供給回路１６に出力されることによって、第１定電流回路２１～第７定電流回路２７の全てがオフして負荷装置１０３への負荷電流Ｉ_Lを供給を停止する。以降、制御装置１０２と電源装置１との間の接続が確立している間、Ｓ２０３～Ｓ２１１の処理が繰り返される。

（第１実施形態に係る電源システム及び電源装置の作用効果）
電源システム１００では、電源装置１から負荷装置１０３への負荷電流Ｉ_Lの供給のオンオフを制御装置１０２を介して制御できるので、需要に応じて負荷電流Ｉ_Lが負荷に供給されないおそれを低くすることができる。

また、電源システム１００では、電源装置１から負荷装置１０３への負荷電流Ｉ_Lの電流量を制御装置１０２を介して制御できるので、負荷装置１０３の駆動能力を遠隔で操作することができる。例えば、負荷装置が負荷装置１０３のように車両型の玩具であるとき、ユーザが負荷装置１０３を走行させる感覚を楽しむことができる。

また、電源システム１００では、送電装置１０１は、電源装置１から充電電圧信号を受信することで、充電電圧Ｖ_Cが完了電圧まで上昇したときに充電素子１４への充電を完了できるので、充電素子１４が熱暴走するおそれはない。

また、電源システム１００では、電源装置１の筐体１０は、電池の規格に適合する形状及び寸法を有するので、電源装置１が負荷電流Ｉ_Lを供給する負荷装置は、電池交換することなく、使用し続けることができる。

また、電源システム１００では、受電用アンテナ１１は、筐体１０の表面に配置されるので、面積が大きくなり、電池の規格に適合する形状及び寸法を有しながら、受電する電力量を増加させることができる。

（第２実施形態に係る電源装置の構成及び機能）
図８（ａ）は第２実施形態に係る電源装置の斜視図（その１）であり、図８（ｂ）は第２実施形態に係る電源装置の斜視図（その２）であり、図９は図８（ａ）に示す電源装置のブロック図である。

第２実施形態に係る電源装置２は、電源装置１と同様に単３形電池に適合する形状及び寸法を有し、且つ、電源装置２の筐体３０は第１筐体３１、第２筐体３２及び第３筐体３３を有する。第１筐体３１、第２筐体３２及び第３筐体３３は、分離可能に一体化され、筐体３０を形成する。図８（ａ）は第１筐体３１、第２筐体３２及び第３筐体３３が一体化されて筐体３０を形成する一体化状態を示し、図８（ａ）は第１筐体３１、第２筐体３２及び第３筐体３３が分離された分離状態を示す。

第１筐体３１は第１接続部４１及び第２接続部４２を有し、第２筐体３２は第３接続部４３、第４接続部４４、第５接続部４５及び第６接続部４６を有する。第１接続部４１～第６接続部４６は、導電体で形成された円柱状の凸部である。第１接続部４１及び第２接続部４２は第２筐体３２の対向する面に形成される２つの導電性の凹部に篏合し、第３接続部４３～第６接続部４６は第３筐体３３の対向する面に形成される４つの導電性の凹部に篏合する。第１接続部４１～第６接続部４６が導電性の凹部と篏合することで、筐体３０が形成されると共に、第１筐体３１～第３筐体３３に配置される受電用アンテナ１１～信号用アンテナ１８の間が電気的に接続される。

第１筐体３１は、一方の端面に負電極１０ｂが配置されると共に、側面に受電用アンテナ１１が配置される。また、第１筐体３１の内部には、整流器１２が配置される。第１筐体３１は、電力を受電する機能を有するレテクナモジュールである。

第２筐体３２の内部には、充電回路１３、充電素子１４及びＤＣ－ＤＣ回路１５が配置される。第２筐体３２は、レテクナモジュールである第１筐体３１によって受電された電力を充電する機能を有する電池モジュールである。

第３筐体３３の内部には、電流供給回路１６、信号変換回路１７及び信号用アンテナ１８が配置される。第３筐体３３は、電池モジュールである第２筐体３２によって充電された電力を使用して所定の処理を実行する機能を有するＩｏＴモジュールである。

（第２実施形態に係る電源装置の作用効果）
電源装置２は、レテクナモジュールである第１筐体３１、電池モジュールである第２筐体３２及びＩｏＴモジュールである第３筐体３３が分離可能に一体化されるので、３種類のモジュールを適宜交換することで、所望の機能を有することができる。例えば、レテクナモジュールである第１筐体３１を受電用アンテナの形状及び寸法が異なる第１筐体と交換することで所望の受電特性を有する電源装置２が実現される。また、電池モジュールである第２筐体３２を充電素子の容量が異なる第２筐体と交換することで所望の充電容量を有する電源装置２が実現される。また、ＩｏＴモジュールである第３筐体３３を実行可能な処理が異なる第３筐体と交換することで処理を実行可能な電源装置２が実現される。

また、電源装置２では、充電素子１４の容量の低下等の経年劣化、及び構成素子の故障等により特性が低下した筐体を交換することで、電源装置２の全体を交換するときよりも低コストで機能の維持を実現できる。

（実施形態に係る電源装置の変形例）
電源装置１及び２は、電池の規格に適合する形状及び寸法を有するが、実施形態に係る電源装置は、負荷装置に負荷電流Ｉ_Lを供給可能な形状及び寸法であれば、電池の規格と相違する形状及び寸法を有してもよい。

図１０は、第１変形例に係る電源装置の平面図である。図１０において、破線は筐体内部に配置される構成要素を示し、一点鎖線は電気配線を示す。

電源装置３は、第１筐体５１、第２筐体５２及び第３筐体５３を筐体１０の代わりに有することが電源装置１と相違する。第１筐体５１、第２筐体５２及び第３筐体５３以外の電源装置３の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された電源装置１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

第１筐体５１は、枠体５４と、第１電極対５５ａ及び５５ｂと、第２電極対５６ａ及び５６ｂと、外部接続端子５７とを有する。枠体５４は、第２筐体５２を収容する第１凹部５８、及び第３筐体５３を収容する第２凹部５９が形成される。第１電極対５５ａ及び５５ｂのそれぞれは、第１凹部５８の長手方向の両端に配置され、第２筐体５２と第３筐体５３及び外部接続端子５７とを電気的に接続する。第２電極対５６ａ及び５６ｂのそれぞれは、第２凹部５９の長手方向の両端に配置され、第３筐体５３と第２筐体５２及び外部接続端子５７とを電気的に接続する。外部接続端子５７は、例えば電気コンセントのメス型の形状を有し、負荷装置に負荷電流を供給する。

第２筐体５２は、単３形電池に適合する形状及び寸法を有し、受電用アンテナ１１が側面に配置されると共に、整流器１２、充電回路１３、充電素子１４及びＤＣ－ＤＣ回路１５が内部に配置される。第２筐体５２は、受電用アンテナ１１を介して受電した電力を充電素子１４に充電すると共に、ＤＣ－ＤＣ回路１５が生成した電源電圧を第３筐体５３に供給するレクテナモジュール及び電池モジュールの機能を有するモジュールである。

第３筐体５３は、単３形電池に適合する形状及び寸法を有し、電流供給回路１６、信号変換回路１７及び信号用アンテナ１８が内部に配置される。第３筐体５３は、第２筐体５２によって受電及び充電された電力を使用して所定の処理を実行する機能を有するＩｏＴモジュールである。

電源装置３は、レクテナモジュール及び電池モジュールの機能を有するモジュールである第２筐体５２及びＩｏＴモジュールである第３筐体５３を第１筐体５１によって電気的に接続することで、ＩｏＴ機能付き無線受電装置を簡単に実現できる。

なお、電源装置３は、外部接続端子５７を有するが、実施形態に係る電源装置は、外部接続端子５７を有さなくてもよい。

また、電源装置１及び２では、受電用アンテナ１１は、筐体１０の側面の一部に配置される面状アンテナであるが、実施形態に係る電源装置では、受電用アンテナは、筐体１０の側面の全面に亘って配置されてもよい。実施形態に係る電源装置は、受電用アンテナが筐体１０の側面の全面に亘って配置されることで受電用アンテナの面積が大きくなり、受電する電力量を大きくすることができる。

また、電源装置１及び２では、受電用アンテナ１１は、筐体１０の側面に配置される面状アンテナであるが、実施形態に係る電源装置では、受電用アンテナは、送電装置１０１から送信される無線信号を受信可能であれば、線状アンテナであってもよい。

図１０（ａ）は第２変形例に係る電源装置の斜視図であり、図１０（ｂ）は第３変形例に係る電源装置の斜視図である。

電源装置４及び５は、受電用アンテナ６１及び６２を受電用アンテナ１１の代わりに有することが電源装置１と相違する。受電用アンテナ６１及び６２以外の電源装置４及び５の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された電源装置１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

受電用アンテナ６１は、筐体１０の側面にらせん状に巻き付けられた線状アンテナである。電源装置４は、筐体１０の側面に受電用アンテナ６１がらせん状にまきつけられることで、単３形電池の形状を保持しながら、アンテナ長を長くすることができるので、無線信号を介して受電する電力量を大きくすることができる。なお、第２実施形態に係る電源装置２において、受電用アンテナ１１が受電用アンテナ６１に置換されるとき、受電用アンテナ６１は、第１筐体３１の側面にらせん状に巻き付けられる。

受電用アンテナ６２は、筐体１０の側面から外部に露出した線状アンテナである。電源装置５は、受電用アンテナ６２が筐体１０の側面から外部に露出するので、筐体１０の形状にかかわらず所望の位置に受電用アンテナ６２を配置することで、無線信号を介して受電する電力量を大きくすることができる。なお、第２実施形態に係る電源装置２において、受電用アンテナ１１が受電用アンテナ６２に置換されるとき、受電用アンテナ６２は、第１筐体３１の側面から露出する。

また、電源システム１００では、電源装置１は、送電装置１０１から送信される無線信号を受電して電力を充電するが、実施形態に係る電源装置では、電源装置は、マイクロ波等の電磁波を送電する送電装置から送電された電磁波を受電して電力を充電してもよい。電源装置が有する受電用アンテナの形状及び寸法は、送電装置から送電された電磁波の周波数帯に応じて規定される。

また、電源装置１は、電圧を供給するＤＣ－ＤＣ回路１５を有するが、実施形態に係る電源装置は、電圧変換することなく充電素子から電源電圧を供給可能であるときは、ＤＣ－ＤＣ回路１５は省略される。

また、電源装置１は、電流供給回路１６～信号用アンテナ１８以外のＩｏＴモジュールを有さないが、実施形態に係る電源装置は、電流供給回路１６～信号用アンテナ１８に加えて、種々の環境条件を検出するセンサ素子をＩｏＴモジュールとして有してもよい。

例えば、実施形態に係る電源装置は、充電素子１４の温度を検出する温度センサを更に有し、温度センサが検出した温度を示す温度信号を送電装置に送信してもよい。送電装置は、温度信号に対応する温度に基づいて、例えば充電素子１４の温度が所定のしきい値温度よりも高く充電効率が低下していると推定されるときに、送電を停止してもよい。

また、実施形態に係る電源装置は、電源装置の位置を検出する位置センサを更に有し、位置センサが検出した位置を示す位置信号を送電装置に送信してもよい。送電装置は、位置信号に対応する位置に向けて指向性が高い無線信号を送信することで、無線信号の伝送特性を向上させることができる。

また、電源システム１００は、単一の負荷装置１０３を有するが、実施形態に係る電源システムでは、複数の負荷装置を有してもよい。また、電源システム１００では、負荷装置１０３は、自動車型の玩具であるが、実施形態に係る電源システムでは、負荷装置は、他の電動機器であってもよい。

図１２は、変形例に係る電源システムを示す図である。

電源システム２００は、負荷装置２０１～２０４を負荷装置１０３の代わりに有することが電源システム１００と相違する。負荷装置２０１～２０４以外の電源システム２００の構成及び機能は、同一符号が付された電源システム１００の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

負荷装置２０１は電動ポットであり、負荷装置２０２はテレビ受像機及びエアコンディショナー等を遠隔制御するリモートコントローラである。負荷装置２０３は温度センサ及び湿度センダ等の種々のセンサを搭載するセンサデバイスであり、負荷装置２０４はドローンとも称される無人航空機である。

負荷装置２０１～２０４は、送電装置１０１から無線信号を受信することに応じて充電する電源装置１を搭載する。負荷装置２０１～２０４が搭載する電源装置１は、制御装置１０２との間で種々の信号を送受信することで、負荷装置２０１～２０４のそれぞれに供給する電力を制御する。

電源システム２００は、複数の負荷装置２０１～２０４を有するので、送電装置１０１は、ビームフォーミングによるターゲット追尾及びターゲット切り替え等の複数の負荷装置に電力を供給可能な機能を有することが好ましい。

１～４ 電源装置
１０ 筐体
１１、６１、６２ 受電用アンテナ
１２ 整流器
１３ 充電回路
１４ 充電素子
１５ ＤＣ－ＤＣ回路
１６ 電流供給回路
１７ 信号変換回路
１８ 信号用アンテナ
１００、２００ 電源システム
１０１ 送電装置
１０２ 制御装置
１０３、２０１～２０４ 負荷装置

Claims (8)

1. 送電装置から送電された電磁波を受電する受電用アンテナと、
   前記受電用アンテナに接続され、前記受電用アンテナが受電した電磁波を電圧に変換する整流器と、
   前記整流器に接続され、前記整流器によって変換された電圧を充電電圧として充電する充電素子と、
   前記充電素子から負荷に供給される負荷電流をオンすることを示すオン信号及び前記負荷電流をオフすることを示すオフ信号を受信する信号用アンテナと、
   前記オン信号及び前記オフ信号からオン指示及びオフ指示を生成する信号変換回路と、
   前記充電素子と負荷との間に接続され、前記オン指示及び前記オフ指示が入力されることに応じて、前記充電素子から負荷に供給される負荷電流をオンオフする電流供給回路と、を有し、
   前記受電用アンテナが配置されると共に、前記整流器が内部に配置される第１筐体と、
   前記充電素子が内部に配置される第２筐体と、
   前記信号用アンテナが配置されると共に、前記信号変換回路、前記電流供給回路、並びに温度、湿度及び位置の少なくとも１つを検出するセンサ素子が内部に配置され、前記第２筐体によって充電された電力を使用して所定の処理を実行する機能を有する第３筐体と、を更に有し、
   前記第１筐体、前記第２筐体及び前記第３筐体は、分離可能に一体化される、ことを特徴とする電源装置。
2. 前記信号用アンテナは、前記負荷電流を制御することを示す電流量制御信号を受信し、
   前記信号変換回路は、前記電流量制御信号から電流量制御指示を生成し、
   前記電流供給回路は、前記電流量制御指示が入力されることに応じて、前記負荷電流の電流量を制御する、請求項１に記載の電源装置。
3. 前記充電電圧を検出する電圧検出センサを更に有し、
   前記信号変換回路は、前記充電電圧を示す充電電圧信号を生成し、
   前記信号用アンテナは、前記充電電圧信号を送信する、請求項１又は２に記載の電源装置。
4. 前記第１筐体、前記第２筐体及び前記第３筐体は、一体化されたときに電池の規格に適合する形状及び寸法を有する、請求項１～３の何れか一項に記載の電源装置。
5. 前記受電用アンテナは、前記第１筐体の側面に配置された面状アンテナである、請求項４に記載の電源装置。
6. 前記受電用アンテナは、前記第１筐体の側面にらせん状に巻き付けられた線状アンテナである、請求項４に記載の電源装置。
7. 前記受電用アンテナは、前記第１筐体の側面から露出する線状アンテナである、請求項４に記載の電源装置。
8. 電磁波を送電する送電装置と、
   負荷に供給される負荷電流をオンすることを示すオン信号及び前記負荷電流をオフすることを示すオフ信号を送信する制御装置と、
   前記電磁波を受電すると共に、前記オン信号及び前記オフ信号を受信する電源装置と、を有し、前記電源装置は、
   前記送電装置から送電された電磁波を受電する受電用アンテナと、
   前記受電用アンテナに接続され、前記受電用アンテナが受電した電磁波を電圧に変換する整流器と、
   前記整流器に接続され、前記整流器によって変換された電圧を充電電圧として充電する充電素子と、
   前記オン信号及び前記オフ信号を受信する信号用アンテナと、
   前記オン信号及び前記オフ信号からオン指示及びオフ指示を生成する信号変換回路と、
   前記充電素子と負荷との間に接続され、前記オン指示及び前記オフ指示が入力されることに応じて、前記充電素子から負荷に供給される負荷電流をオンオフする電流供給回路と、を有し、前記電源装置は、
   前記受電用アンテナが配置されると共に、前記整流器が内部に配置される第１筐体と、
   前記充電素子が内部に配置される第２筐体と、
   前記信号用アンテナが配置されると共に、前記信号変換回路、前記電流供給回路、並びに温度、湿度及び位置の少なくとも１つを検出するセンサ素子が内部に配置され、前記第２筐体によって充電された電力を使用して所定の処理を実行する機能を有する第３筐体と、を更に有し、
   前記第１筐体、前記第２筐体及び前記第３筐体は、分離可能に一体化される、ことを特徴とする電源システム。

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