JPH09103037A - 給電装置、被給電装置および給電システム - Google Patents

給電装置、被給電装置および給電システム

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JPH09103037A
JPH09103037A JP7282360A JP28236095A JPH09103037A JP H09103037 A JPH09103037 A JP H09103037A JP 7282360 A JP7282360 A JP 7282360A JP 28236095 A JP28236095 A JP 28236095A JP H09103037 A JPH09103037 A JP H09103037A
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JP
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power
control information
power supply
charging
supplied
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JP7282360A
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Akihito Yamamoto
明仁 山本
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KDDI Corp
Original Assignee
Nippon Idou Tsushin Corp
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非接触で給電を行い、かつ最適な給電制御が
可能な給電装置、被給電装置および給電システムを提供
すること。 【構成】 本発明の給電システムは、電気的に非接触状
態で電力を送出する手段と、被給電装置から制御情報を
含む信号を受信する手段と、受信した制御情報に基づ
き、電力送出手段から送出される電力を制御する手段と
を有する給電装置、および電力を受け取る手段と、装置
の内部状態に基づき、充電制御情報を生成する手段と、
制御情報を含む信号を送信する手段とを有する被給電装
置から成る。本発明によれば、非接触給電の利点を損な
わずに、供給電力のフィードバック制御が可能となり、
また誤動作も防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力供給システム
に関するものであり、特に、非接触で電力を供給する電
力供給システムにおける電力の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来携帯電話機等の携帯可能な装置に
は、例えばニッケルカドニウム電池等の充電可能な電池
が内蔵され、専用の充電装置の上に置くことにより充電
されるようになっていた。そして、充電のための電力は
電気的接触により給電されるか、あるいは電磁結合等に
より、非接触の状態で給電されていた。従来の携帯装置
および電磁結合方式の充電装置の構成を説明すると、充
電装置には電磁結合用トランスが設けられ、該トランス
のコイルは携帯装置検出用スイッチを介して交流電源に
接続されている。携帯装置には、電力を受信するため
に、充電装置のトランスと対応する位置に、電磁結合用
トランスが設けられ、該トランスのコイルは整流用ダイ
オードを介して充電可能な電池に接続されている。ここ
で、例えば携帯装置を充電装置の上に置くと、スイッチ
が機械的に携帯装置の存在を検出し、トランスに交流電
源が供給される。２つのトランスは電磁結合しているの
で、携帯装置側のトランスのコイルに電力が発生し、該
電力はダイオードで整流されて電池を充電すると共に負
荷に供給されていた。なお、携帯装置の検出方式として
は、他に光センサによる検出方式も提案されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記したような従来の
電力供給システムにおいては、携帯装置の検出に機械ス
イッチあるいは光センサ等を用いていたので、汚れ、ゴ
ミ等により誤動作する恐れがあり、また携帯装置以外の
ものを置いても誤検出してしまうという問題点があっ
た。また、携帯装置の内部においては充電の制御を行っ
たとしても、充電装置においてはフィードバックがない
ために、充電効率の低下や発熱が大きいという問題点も
あった。本発明の目的は、前記のような従来技術の問題
点を解決し、非接触で給電を行い、かつ最適な給電制御
が可能な給電装置、被給電装置および給電システムを提
供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】第１発明は、電気的に非
接触状態で電力を送出する電力送出手段と、被給電装置
から制御情報を含む信号を受信する受信手段と、受信し
た制御情報に基づき、電力送出手段から送出される電力
を制御する電力制御手段とを有する給電装置に特徴があ
り、また第２発明は、電気的に非接触状態で電力を受け
取る電力受信手段と、装置の内部状態に基づき、制御情
報を生成する制御情報生成手段と、制御情報を含む信号
を送信する送信手段とを有する被給電装置に特徴があ
る。更に、第３発明は、第１発明の給電装置と第２発明
の被給電装置を組み合わせたところに特徴がある。
【０００５】第１発明によれば、被給電装置からの給電
制御情報に基づき、被給電装置に対して最適な電力を供
給することができる。また第２発明によれば、給電装置
に対して給電制御情報を送出し、最適な電力が供給され
るように給電装置を制御することができる。更に、第３
発明によれば、非接触給電の利点を損なわずに、供給電
力のフィードバック制御が可能となり、また誤動作も防
止できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例を図面を
参照して詳細に説明する。図１は本発明の給電システム
の構成を示すブロック図である。ダイオードブリッジ１
は交流電源を整流し、コンデンサ２によって平滑された
直流電源は、トランジスタ３のコレクタに接続されてい
る。トランジスタ３のエミッタは電圧、電流検出回路４
を介して、トランス５のコイルの一端に接続されてお
り、コイルの他端は接地されている。電圧、電流検出回
路４は、例えばコイルにかかる電圧及びコイルに流れる
電流を検出し、デジタル信号に変換してコントローラ６
に出力する。
【０００７】コントローラ６は、例えば１チップのマイ
クロコンピュータであり、後述するような処理によって
充電装置全体の制御を行う。また任意の時間を計測可能
なタイマ回路を内蔵している。信号受信回路７は携帯装
置２０からの信号を受信するための回路であり、信号増
幅器、波形整形回路、フィルタ、電圧比較回路等を内蔵
する。充電用発振回路９は、コントローラ６によって発
振周波数（周期）およびパルス幅（オン／オフのデュー
ティ比）が制御されたパルス信号を発生する。ドライバ
１０は充電用発振回路９の出力パルス信号を入力し、ト
ランジスタ３のベースを駆動する。これによってトラン
ジスタ３はオン／オフ動作する。スイッチ１１は、携帯
装置２０が充電される位置に存在するか否かを、機械的
に、あるいは光学的に検出し、コントローラ６に通知す
る。
【０００８】充電装置と着脱自在に構成される携帯装置
２０には、装着時にトランス５と電磁結合する位置に設
けられた電力受信用のトランス２１、トランスから発生
した電力により、内蔵する電池２３を充電する充電制御
回路２２、例えば携帯電話機の送受信回路等の負荷回路
２４が内蔵されている。
【０００９】図３は、携帯装置２０内の回路構成を示す
ブロック図である。電力受信用のトランス２１のコイル
はトランジスタ３０のコレクタ、コントロール回路３
４、信号ドライバ３７に接続されている。整流器を兼ね
るトランジスタ３０のベースは抵抗３２を介してコント
ロール回路３４に接続されており、またトランジスタ３
０のエミッタは大容量のコンデンサ３１、ＡＶＲ３３、
コントロール回路３４、電流検出回路３９に接続されて
いる。
【００１０】ＡＶＲ３３は、図３に点線で示す各回路に
電源を供給するための定電圧回路であり、コンデンサ３
１の電圧がある値以上になった場合に、所定の電圧を出
力する。コントロール回路３４は、例えばマイクロコン
ピュータからなり、電池の状態や充電電圧、充電電流等
を監視し、シリアル信号送受信回路３５を介して、充電
装置からの問い合わせ信号を検出すると、最適な充電が
行われるように、シリアル信号送受信回路３５を介して
充電装置を制御するための信号を送出する。シリアル信
号送受信回路３５は、コントロール回路３４から入力さ
れたデジタル信号を、シリアル信号に変換し、例えばＡ
Ｍ変調（キャリヤのオン／オフ）してドライバ３７に送
出し、また波形整形回路３６から入力された、充電装置
からのシリアル信号を検出（パラレル変換）してコント
ロール回路３４に出力する。
【００１１】波形整形回路３６は、トランス２１から出
力される信号をローパスフィルタに通し、所定のしきい
値と比較して方形波に変換して、シリアル信号送受信回
路３５に出力する。ドライバ３７はシリアル信号送受信
回路３５から出力される変調信号をトランス２１に出力
する。
【００１２】電流検出回路３９は、充電電流を検出する
ものであり、例えば電流の経路に小さな値の抵抗を挿入
し、その両端の電位差を検出することにより、抵抗に流
れる電流を測定する。そして、検出した電流値をデジタ
ル信号に変換してコントロール回路３４に出力する。電
圧検出回路４０は電池２３の電圧を検出し、デジタル信
号に変換して、コントロール回路３４に出力する。温度
検出回路４１は、例えばサーミスタ等の温度検出素子４
４を用いて電池２３の温度を検出し、デジタル信号に変
換して、コントロール回路３４に出力する。電池種別検
出回路４２は、例えば凹凸検出プローブにより電池種別
を示す凹凸を検出することにより、電池種別を判定し、
種別情報をコントロール回路３４に出力する。ダイオー
ド４３は非充電時に充電制御回路側に電流が流れないよ
うにするためのものである。
【００１３】図４は、充電装置のコントローラのメイン
処理を示すフローチャートである。充電装置の電源がオ
ンになると、Ｓ１においては、コントローラ６はスイッ
チ１１によって携帯装置２０が所定の位置に存在するか
否かを検出し、携帯装置を検出するとＳ２に移行する。
Ｓ２においては、電磁結合確認用および携帯装置内の充
電制御回路への電源供給のための充電を所定の短時間だ
け行う。このときの充電電力は、任意の携帯装置で充電
装置を共用できるようにするために、標準化された所定
の電力範囲内に入るように設計する。
【００１４】Ｓ３においては、コントローラ６は、電
圧、電流検出回路４によってトランス５のコイルに流れ
る電流を監視し、電磁結合があるか否かが判定される。
そして、判定結果が否定の場合には、携帯装置以外の物
が置かれた可能性があるので充電を中止し、図示しない
ＬＥＤ等の表示素子により異常表示を行う。また電磁結
合がある場合にはＳ４に移行する。
【００１５】Ｓ４においては、被充電物確認信号を送出
する。図２は、送出される信号のフォーマット例を示す
波形図（ドライバ１０の出力電圧波形）である。図２
（ａ）は、充電時の周波数、例えば１０ｋＨｚ〜１ＭＨ
ｚ程度とほぼ同じ固定の周波数で信号を変調して送受信
する場合の実施例であり、例えばトランジスタ３を駆動
するドライバ１０の制御端子をシリアル信号によってオ
ン／オフ制御することにより、信号を送信する。フォー
マットとしては、所定時間だけ充電を停止するガードタ
イムの後に、例えばシリアル信号の１の期間のみ充電パ
ルスが存在するようなフォーマットを採用可能である。
伝送される信号は例えば１バイト（８ビット）で十分で
あるが、必要に応じて増減可能である。確認信号として
は、例えば７７Ｈを送信する。信号送信後の所定期間
は、携帯装置からの応答信号を受信するために充電を停
止する。なお、図２（ｂ）は信号を矩形波のままで伝送
する場合の波形であり、例えば１２００〜９６００ｂｐ
ｓ程度のシリアル信号を直接トランス５を介して送信す
る。
【００１６】携帯装置２０のコントロール回路３４は、
電源が供給されている間は常時、信号の受信を監視して
おり、信号が受信され、これが確認信号（７７Ｈ）であ
った場合には、所定の時間経過後に、充電の停止を確認
してから、応答信号として例えば８８Ｈを返送する。Ｓ
６においては、携帯装置からの応答が受信されたか否か
が判定され、結果が肯定の場合にはＳ８に移行するが、
否定の場合にはＳ７に移行する。Ｓ７においては、確認
信号の送出リトライ回数が所定値を超えたか否かが判定
され、結果が肯定の場合には充電を中止し、異常表示を
行うが、否定の場合にはＳ５に移行する。Ｓ５において
は、Ｓ２における充電が不十分で、充電制御回路が動作
不能である場合が考えられるので、携帯装置内の充電制
御回路への電源供給のための充電を所定の短時間だけ行
う。
【００１７】Ｓ８においては、後段の充電処理における
充電時間の初期値としてタイマにｔ１時間をセットし、
Ｓ９においては、後述する充電処理が行われる。Ｓ１０
においては、充電完了後の停止期間として、タイマにｔ
２時間をセットし、Ｓ１１においては、タイマがダウン
カウントを行い、０になるまで待つ。なおＳ１１におい
て、スイッチ１１を常時監視し、もし携帯装置が充電装
置から分離された場合には直ちにＳ１に移行する。
【００１８】図５は、図４のＳ９の充電処理の詳細を示
すフローチャートである。Ｓ２０においては、充電が開
始され、Ｓ２１においては、タイマが０になるまで待
つ。なお、Ｓ２１においては、スイッチ１１を常時監視
し、もし携帯装置が充電装置から分離された場合には直
ちに充電処理を終了する。Ｓ２２においては、確認信号
と同様に、問い合わせ信号（例えばＦＦＨ）が送出され
る。
【００１９】携帯装置は問い合わせ信号を受信すると、
現在の電池の状態（電圧等）に基づき、最適な充電、例
えば充電電流が一定の範囲に入るような充電が行われる
ように、給電の周波数あるいはパルス幅を制御する信号
を返送する。例えば、１バイトの応答信号の上位４ビッ
トを周波数の制御に、下位４ビットをパルス幅の制御に
使用し、周波数のアップが１Ｈ、ダウンが５Ｈ、そのま
まがＡＨ、パルス幅大が１Ｈ、小が５Ｈ、そのままがＡ
Ｈというように決めておき、例えば周波数のみをアップ
したい場合には１ＡＨを返送する。また、充電完了時に
は例えば３３Ｈを返送する。
【００２０】Ｓ２３においては、携帯装置から応答があ
ったか否かが判定される。そして、応答があった場合に
はＳ２５に移行するが、応答が無かった場合にはＳ２４
に移行する。Ｓ２４においては、問い合わせ信号の送出
リトライ回数が所定値を超えたか否かが判定され、結果
が肯定の場合には充電を中止し、異常表示を行うが、否
定の場合にはＳ２２に移行して、問い合わせ信号の送出
を繰り返す。Ｓ２５においては、充電状態の制御に変化
があったか否かを記録するＣＨフラグを０にリセットす
る。Ｓ２６においては、応答信号の解析結果が周波数変
化有りか（上位４ビットがＡ以外か）否かが判定され、
結果が肯定ならばＳ２７に移行する。
【００２１】Ｓ２７においては、ＣＨフラグを１にセッ
トし、Ｓ２８においては、応答信号の解析結果が周波数
アップであるか否かが判定され、結果が肯定であればＳ
２９に移行して、充電用発振回路の周波数を所定値だけ
上げる。また、結果が否定の場合にはＳ３０に移行し
て、周波数を所定値だけ下げる。Ｓ３１においては、応
答信号の解析結果がパルス幅変化有りか否かが判定さ
れ、結果が肯定ならばＳ３２に移行する。Ｓ３２におい
ては、ＣＨフラグを１にセットし、Ｓ３３においては、
応答信号の解析結果がパルス幅アップであるか否かが判
定され、結果が肯定であればＳ３４に移行して、充電用
発振回路のデューティー比を所定値だけ上げる。また、
結果が否定の場合にはＳ３５に移行して、デューティー
比を所定値だけ下げる。
【００２２】Ｓ３６においては、応答信号が充電完了信
号（３３Ｈ）であるか否かが判定され、結果が肯定であ
る場合には充電処理を終了するが、否定の場合にはＳ３
７に移行する。Ｓ３７においては、ＣＨフラグが１であ
るか否かが判定され、結果が肯定の場合にはＳ３８に移
行して、タイマに比較的短い値ｔ３をセットするが、否
定の場合、即ち周波数およびパルス幅の双方とも不変で
良かった場合には、タイマに比較的長い値ｔ４をセット
して、Ｓ２０に戻る。以上のように、本実施例において
は、周波数とパルス幅（デューティ比）の２つのパラメ
ータを任意に制御可能であり、充電電圧の制御はもちろ
んのこと、各種の携帯装置において、自装置のトランス
の特性やコンデンサの容量などに応じた最も効率のよい
給電がなされるように制御することが可能となる。
【００２３】以上、実施例を説明したが、本発明は以下
に示すような変形例も考えられる。充電装置のコントロ
ーラおよび携帯装置のコントロール回路としては、デジ
タルの入力端子を有する１チップＣＰＵを使用する例を
開示したが、例えばマルチチャネルのアナログ入力端子
を有する１チップＣＰＵを使用すれば、外部でデジタル
信号に変換する必要がなくなり、回路構成が簡単にな
る。また、充電用発振回路をソフトウェアにより実現
し、コントローラ６がトランジスタ３を直接駆動しても
よい。
【００２４】実施例においては、機械的あるいはフォト
インタラプタによる光学的検出手段を備える例を開示し
たが、例えば周期的に電磁結合の有無をチェックするよ
うな手段を設け、機械的検出手段を省略することも可能
である。また、スイッチ１１を設ける場合には、該スイ
ッチによってコントローラ６あるいは充電装置全体のの
電源がオンになるようにしてもよい。携帯装置のトラン
ジスタ３０は、ダイオード（ブリッジ）に置き換えるこ
とも可能である。また、電池２３の電圧が上がらない場
合でも充電制御回路を動作可能にするためには、コンデ
ンサ３１と電池の間にトランジスタやサイリスタ等のス
イッチ素子が必要である。あるいは、充電用の整流、平
滑回路と充電制御回路の電源用の整流、平滑回路を分離
してもよい。
【００２５】実施例においては、周波数とパルス幅の双
方を制御可能な例を開示したが、周波数かパルス幅のい
ずれか一方のみを制御するだけでも充電電圧の制御が可
能である。実施例においては、１つのコイルで給電と信
号伝送の双方を行っているが、信号用コイルを別巻き線
としてもよい。また、全く別のトランスを使用してもよ
いし、制御信号を他の無線伝送方式、例えば電磁波、
光、超音波、静電結合等によって伝送してもよい。本発
明は、充電式電池を有する任意の装置および該装置へ給
電する任意の装置に適用可能である。
【００２６】
【発明の効果】第１発明によれば、被給電装置からの給
電制御情報に基づき、被給電装置に対して最適な電力を
供給することができるという効果がある。また第２発明
によれば、給電装置に対して給電制御情報を送出し、最
適な電力が供給されるように給電装置を制御することが
できるという効果がある。更に、第３発明によれば、非
接触給電の利点を損なわずに、供給電力のフィードバッ
ク制御が可能となり、また誤動作も防止できるという効
果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の給電システムの構成を示すブロック図
である。
【図２】送出される信号のフォーマット例を示す波形図
である。
【図３】携帯装置２０内の回路構成を示すブロック図で
ある。
【図４】コントローラのメイン処理を示すフローチャー
トである。
【図５】図４のＳ９の充電処理の詳細を示すフローチャ
ートである。
【符号の説明】
１…ダイオードブリッジ、２…コンデンサ、３…トラン
ジスタ、４…電圧、電流検出回路、５…トランス、６…
コントローラ、７…信号受信回路、９…充電用発振回
路、１０…ドライバ、１１…スイッチ、２０…携帯装
置、２１…トランス、…２２充電制御回路、２３…電
池、２４…負荷回路

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気的に非接触状態で電力を送出する電
    力送出手段と、被給電装置から制御情報を含む信号を受
    信する受信手段と、受信した制御情報に基づき、電力送
    出手段から送出される電力を制御する電力制御手段とを
    有する給電装置。
  2. 【請求項２】 前記給電装置は、被給電装置が給電可能
    な位置に存在することを検出する検出手段を有し、前記
    受信手段は、電力送出手段を介して信号を受信すること
    を特徴とする請求項１に記載の給電装置。
  3. 【請求項３】 電気的に非接触状態で電力を受け取る電
    力受信手段と、装置の内部状態に基づき、制御情報を生
    成する制御情報生成手段と、制御情報を含む信号を送信
    する送信手段とを有する被給電装置。
  4. 【請求項４】 前記被給電装置は、充電可能な電池を有
    し、前記制御情報は、電池の状態に関する情報あるいは
    充電制御情報の少なくとも一方を含み、前記送信手段
    は、前記電力受信手段を介して、制御情報を送信するこ
    とを特徴とする請求項２に記載の被給電装置。
  5. 【請求項５】 電気的に非接触状態で電力を送出する電
    力送出手段を有する給電装置、および電気的に非接触状
    態で電力を受け取る電力受信手段を有する被給電装置と
    からなる給電システムにおいて、 前記被給電装置は、装置の内部状態に基づき、給電制御
    情報を生成する情報生成手段と、給電制御情報を含む信
    号を送信する送信手段とを有し、 前記給電装置は、被給電装置から給電制御情報を含む信
    号を受信する受信手段と、受信した給電制御情報に基づ
    き、電力送出手段から送信される電力を制御する電力制
    御手段とを有することを特徴とする給電システム。
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