JPWO2011036702A1 - 無線電力伝送システム - Google Patents

Abstract

給電装置から受電装置に対する無線電力伝送を実現する。給電装置１００は、高周波信号を生成する発振器１０２と、無線電力伝送に用いる共振周波数を決定する共振周波数決定部１０７と、共振周波数に基づき共振パラメータを生成する共振周波数制御部１０５と、高周波信号により電磁誘導を発生させる共振回路１０１と、無線電力伝送を開始する前に共振周波数を受電装置に通知する通信部１０４とを備える。受電装置２００は、無線電力伝送に用いる共振周波数の情報を受信する通信部２０４と、共振周波数に基づき共振パラメータを生成する共振周波数制御部２０５と、電磁誘導により電力を発生させる共振回路２０１と、その電力により動作する負荷回路２０２と、共振回路２０１と負荷回路２０２との接続を開閉するスイッチ２０３と、スイッチ２０３を制御する決定部２０７とを備える。

Description

本発明は、無線電力伝送システムに関する。

非接触、無接点で電力伝送を行う無線電力伝送において、給電装置および受電装置間で認証処理を行い、認証完了後に給電を開始する無線電力伝送システムが発明されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の技術では、給電を開始した後は、給電装置から認証済みの受電装置に供給されている電力が、継続的に供給される保障はなかった。特に、給電装置と受電装置との物理的距離が離れたりすると、給電装置からの電力が他の装置にも受電されてしまう可能性がある。また、他の装置に盗電されてしまう可能性がある。

特開２００８−２９５１９１号公報

特許文献１に記載の技術では、給電対象でない他装置に影響を及ぼしたり、受電装置の受電性能が低下したりする問題があった。

本発明は、給電装置から対象とする受電装置に対してのみ給電を行うことが可能な無線電力伝送システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の無線電力伝送システムは、給電装置から受電装置に対して、共振周波数の振動周期を持つ電磁波により電力を伝送する無線電力伝送システムであって、前記給電装置は、前記共振周波数を決定する決定部と、前記共振周波数に基づき発振周波数を決定する発振周波数制御部と、前記発振周波数に応じて発振して高周波信号を生成する発振器と、前記共振周波数に基づき共振パラメータを生成する第１の共振周波数制御部と、前記共振パラメータに従って電磁誘導により前記高周波信号から前記電磁波を生成し、前記電磁波を前記受電装置に向けて放射する第１の共振回路と、無線電力伝送を開始する前には前記共振周波数を示す情報を前記受電装置に送信する第１の通信部とを備え、前記受電装置は、前記給電装置から受電を受ける前には前記共振周波数を示す情報を受信する第２の通信部と、前記共振周波数を示す情報の共振周波数に基づき共振パラメータを生成する第２の共振周波数制御部と、前記共振パラメータと前記給電装置からの前記電磁波とにより電力を生成する第２の共振回路と、接続される負荷回路と前記共振回路との接続を開閉するスイッチと、前記共振周波数を示す情報を受信すると、前記共振回路と前記負荷回路とを接続するように前記スイッチを制御する判定部とを備える
ことを特徴とする。

本発明によれば、給電装置から対象とする受電装置にのみ給電を行うことができ、給電効率が高い無線電力伝送システムを得ることができる。

本発明の実施形態に係る給電装置のブロック図。 同実施形態に係る受電装置のブロック図。 離散的に共振周波数を切り替える場合の切り替えパターンの例１を示す図。 離散的に共振周波数を切り替える場合の切り替えパターンの例２を示す図。 連続的に共振周波数を切り替える場合の切り替えパターンの例１を示す図。 離散的に共振周波数を切り替える場合の切り替えパターンの例３を示す図。 連続的に共振周波数を切り替える場合の切り替えパターンの例２を示す図。 同実施形態に係る給電装置と受電装置間のシーケンスチャート。 本発明の実施形態に係る時分割フレームの一例を示す図。

以下、図面を参照しながら本実施の形態について詳細に説明する。

本実施形態に係る無線電力伝送システムは、図１に示す給電装置と、図２に示す受電装置とのよって構成される。

図１に示す給電装置１００は、高周波信号により電磁誘導を発生させる共振回路１０１、高周波信号を生成する発振器１０２、発振器１０２の発振周波数を制御する発振周波数制御部１０３、受電装置と通信を行うための通信部１０４と、共振回路１０１を所望の共振周波数で動作させるための共振パラメータを生成する共振周波数制御部１０５、共振周波数を動的に切り替える場合に、その切り替えパターンを記憶する記憶部１０６、切り替えパターンを決定する決定部１０７を備える。共振回路１０１は、給電素子である送電コイル１０１ａと、共振器１０１ｂとにより構成されている。また、記憶部１０６は、決定部１０７に含まれてもよい。

発振器１０２において生成される高周波信号は、共振回路１０１により共振周波数で振動する電磁波となって放射される。そして、この共振周波数で振動する電磁波により、図２の受電装置２００に電力が伝送される。

通信部１０４は、受電装置２００や他の装置と無線通信を行うための通信処理を行う。通信部１０４として、ＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）、ＷＰＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＷＬＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信手段が想定されるが、受電装置２００と通信できるものであれば、特に限定はしない。

決定部１０７は、無線電力伝送に用いる共振周波数を決定する。共振周波数を動的に切り替えながら無線電力伝送する場合には、共振周波数の切り替えパターンを決定する。

共振周波数の切り替えパターンとしては、離散的に共振周波数を切り替えるパターンや、連続的に共振周波数を切り替えるパターンがある。離散的に共振周波数を切り替えるパターンには、少なくとも使用する複数の共振周波数と、各共振周波数で給電する時間情報を含む。切り替えパターンの一例としては、たとえば、共振周波数ｆ１でｔ１時間給電した後、共振周波数ｆ２(例えば、ｆ１＜ｆ２)でｔ２時間（例えば、ｔ１＜ｔ２）給電し、その後共振周波数を再び共振周波数ｆ１に切り替える。共振周波数ｆ１，ｆ２、給電時間ｔ１，ｔ２は、適宜設定される。以降同様に、共振周波数ｆ１とｆ２を、ｔ１およびｔ２時間毎に繰り返すといった具合である。共振周波数の切り替えパターンについては、詳細説明を後述する。

決定部１０７は、通信部１０４を介して受電装置２００とネゴシエーションし、共振周波数の切り替えパターンを決定する。例えば、給電装置１００と受電装置２００とが、対応できる共振周波数や、その切り替え可能な速度が異なることがある。そこで、決定部１０７は、互いに切り替え可能な共振周波数を通知しあうことにより、双方が対応可能な共振周波数の中から無線電力伝送に用いる共振周波数の切り替えパターンを決定する。

決定部１０７は、決定した共振周波数もしくは共振周波数の切り替えパターンを、記憶部１０６に格納する。さらに、決定部１０７は、通信部１０４を介して、決定した共振周波数もしくは共振周波数の切り替えパターンを受電装置２００に通知する。

記憶部１０６は、共振周波数を動的に切り替えない場合には、１つの共振周波数のみを記憶している。そして、給電装置１００は、その共振周波数を使って無線電力伝送を行う。給電装置１００が複数の共振周波数を動的に切り替えて無線電力伝送を行う場合は、記憶部１０６には複数の共振周波数からなる共振周波数の切り替えパターンを記憶する。

発振周波数制御部１０３は、記憶部１０６に記憶された共振周波数の切り替えパターンに基づき、発振周波数を決定する。そして、この発振周波数を発振器１０２に設定する。発振周波数制御部１０３は、設定された共振周波数の切り替えパターンに従って発振周波数を切り替える。発振周波数を切り替える度に、その発振周波数は発振器１０２に設定される。発振器１０２は、設定された発振周波数に従って高周波信号を生成する。

共振周波数制御部１０５は、記憶部１０６に記憶された共振周波数の切り替えパターンに基づき、共振回路１０１を所望の共振周波数で動作させるための共振パラメータを生成する。そして、発振器１０２は、生成した共振パラメータを共振回路１０１の共振器１０１ｂに設定する。

給電装置１００と受電装置２００がおかれる環境によって、共振周波数が変化する。そのため、共振周波数制御部１０５は、通信部１０４を介して受電装置２００から通知される受電状況を示す情報に基づいて、共振パラメータの調整および更新を行い、所望の共振周波数となるように共振器１０１ｂに共振パラメータを設定する。

共振器１０１ｂは、共振周波数制御部１０５によって設定される共振パラメータに従って、所望の共振周波数で振動する。共振器１０１ｂと送電コイル１０１ａに、発振器１０２からの高周波信号が流れることで電磁誘導が生じる。即ち、高周波信号が共振周波数で振動する電磁波となって放射される。そして、この共振周波数で振動する電磁波により、受電装置２００側に電力が伝送される。

送電コイル１０１ａは、共振器１０１ｂと共に、高周波信号により電磁誘導を発生させ、電磁波を放射する。これにより、受電装置２００に電力を伝送する。図１では、給電素子としてコイル（送電コイル１０１ａ）を使った場合を示しているが、給電素子はコイルでなくてもよい。例えば、給電素子は、誘電体円坂、誘電体球、金属球、金属誘電体光結晶、プラズモニック金属でも良い。同様に、コイルのタイプは、容量装荷型コイル、自己共振導線コイルなど様々でも良い。

図２に、本実施形態に係る受電装置の構成を示す。受電装置２００は、給電装置１００からの電磁波により電磁誘導を発生させる共振回路２０１、電力供給対象である負荷回路２０２、負荷回路２０２への電力供給を開始/停止するスイッチ２０３、給電装置１００と通信を行うための通信部２０４、共振回路２０１を所望の共振周波数で動作させるための共振パラメータを生成する共振周波数制御部２０５、共振周波数を動的に切り替える場合に、その切り替えパターンを記憶する記憶部２０６、受電状況に基づき共振周波数の変更を判定する判定部２０７、受電状況を測定する測定部２０８と、を備える。測定部２０８は、スイッチ２０３と負荷回路２０２の間に設けられる。測定部２０８は、負荷回路２０２の内部に設けてもよい。共振回路２０１は、受電素子である受電コイル２０１ａと、共振器２０１ｂとより構成されている。また、記憶部２０６は、判定部２０７に含まれてもよい。

共振回路２０１は、共振周波数制御部２０５により設定される共振パラメータに従った共振周波数で動作する。そして、共振周波数で振動する電磁波により、給電装置１００の共振回路１０１と電磁結合し、電磁誘導を生じさせる。

受電コイル２０１ａは、給電装置１００からの電磁波を受電する。図２では、受電素子としてコイル（受電コイル２０１ａ）を使った場合を示しているが、受電素子はコイルでなくてもよい。例えば、受電素子は、誘電体円坂、誘電体球、金属球、金属誘電体光結晶、プラズモニック金属でも良い。同様に、コイルのタイプは、容量装荷型コイル、自己共振導線コイルなど様々でも良い。

共振器２０１ｂには、共振周波数制御部２０５からの共振パラメータに従った共振周波数が設定される。そして共振器２０１ｂは、受電コイル２０１ａと共に、電磁波により電磁誘導を発生させる。これにより、誘起電流が生じ、スイッチ２０３を介して負荷回路２０２に電流が流れる。

スイッチ２０３は、共振回路２０１と負荷回路２０２を接続/切断するスイッチである。スイッチ２０３のスイッチングにより、負荷回路２０２への電流が供給/停止される。スイッチ２０３は、判定部２０７により制御される。受電中は、スイッチ２０３により共振回路２０１と負荷回路２０２は接続されている。

負荷回路２０２は、受電した電力（電流）によって動作する。すなわち、負荷回路２０２は、電力の供給対象となる装置である。簡単な例では、負荷回路２０２は電球である。負荷回路２０２は、モータや発熱体、他の発光体などであっても良い。

測定部２０８は、共振回路２０１の電力、電流、電圧、インピーダンス等を測定することにより、受電開始を認識する。測定部２０８は、受電開始を認識すると、受電開始したことを共振周波数制御部２０５に通知する。また、測定部２０８は、共振回路２０１における受電状況を測定する。そして、その受電状況を示す情報を判定部２０７に通知する。

判定部２０７は、測定部２０８から通知される受電状況を示す情報に基づき、共振周波数の切り替えパターンの変更が必要か否かを判定する。例えば、判定部２０７は、測定部２０８から通知された受電状況を示す情報（例えば、受電電力量）と、あらかじめ定めたスレッショルドとを比較する。受電電力量がスレッショルドよりも小さい場合には、受電状況が悪いと判断し、共振周波数の切り替えが必要であると判定する。この場合、判定部２０７は、通信部２０４を介して、共振周波数の切り替え要求を給電装置１００に送信する。

また、判定部２０７は、スイッチ２０３を制御する。判定部２０７は、「これから給電を受ける」と判定するまではスイッチ２０３をオープンにし、共振回路２０１と負荷回路２０２を切断しておく。そして、「これから給電を受ける」と判定した後に、スイッチ２０３を閉じる。これにより、共振回路２０１と負荷回路２０２を接続し、受電できるようにする。このようにすることで、不要に給電されることや、他の装置の受電性能に影響を及ぼすことを回避できる。同時に、判定部２０７は、「これから給電を受ける」と判定すると、受電待ちの指令を共振周波数制御部２０５に通知する。これは、受電装置２００は、共振周波数を動的に切り替える場合であっても、実際に受電を開始するまでは、特定の共振周波数（以下、第１の共振周波数ｆａという）に設定して受電待ちを行っているためである。

「これから給電を受ける」という判定は、通信部２０４を介した給電装置１００との通信に基づき行う。例えば、給電装置１００との認証手続きが完了した場合や、給電情報を受信した場合に、判定部２０７は「これから給電を受ける」と判定する。

さらに、判定部２０７は、通信部２０４を介して給電装置１００から通知された共振周波数、もしくは共振周波数の切り替えパターンを、記憶部２０６に格納する。

記憶部２０６は、共振周波数を動的に切り替えない場合には、１つの共振周波数のみを記憶している。複数の共振周波数を動的に切り替える場合には、共振周波数の切り替えパターンを記憶している。また、受電待ちに用いられている第１の共振周波数ｆａも、記憶部２０６に記憶されている。

共振周波数制御部２０５は、記憶部２０６に記憶された共振周波数、もしくは共振周波数の切り替え切り替えパターンに基づき、共振器２０１ｂを所望の共振周波数で動作させるための共振パラメータを生成する。そして、共振周波数制御部２０５は、生成した共振パラメータに従った共振周波数を共振器２０１ｂに設定する。

ただし前述したように、受電装置２００は、共振周波数を動的に切り替える場合であっても、実際に受電を開始するまでは、第１の共振周波数ｆａに設定されて受電待ちを行っている。そのため、共振周波数制御部２０５は、判定部２０７から受電待ちの指令を受け取ると、まずは共振回路２０１を第１の共振周波数ｆａで動作させるための共振パラメータを生成する。その後、測定部２０８から受電開始が通知されると、記憶部２０６に記憶されている切り替えパターンに従って共振パラメータを生成する。これにより、給電装置１００と受電装置２００の双方の共振周波数の切り替えタイミングを同期させることができる。

通信部２０４は、給電装置１００の通信部１０４と無線通信を行う。しかし、通信部２０４は、他の装置と無線通信を行うためにも使用される。通信部２０４として、ＮＦＣ、ＷＰＡＮ、ＷＬＡＮ等の通信手段が用いられるが、ここでは給電装置１００と通信できるものであれば、特に限定はしない。

以上に説明した給電装置１００と受電装置２００により、給電装置１００から受電装置２００へと電力を伝送する無線電力伝送システムが形成される。

次に、図３（ａ）〜図３（ｅ）を用いて、共振周波数の切り替えパターンについて説明する。図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｄ）は、離散的に共振周波数を切り替える場合の切り替えパターンの例を示す。また、図３（ｃ）、図３（ｅ）は、連続的に共振周波数を切り替える場合の切り替えパターンの例を示している。図３（ｃ）、図３（ｅ）のように、連続的に共振周波数を切り替える場合は、共振周波数は時間の関数として、例えばｆ（ｔ）で表される。

図３（ａ）は、各共振周波数を使用する給電時間が等しい場合の切り替えパターンの例である。図３（ｂ）は、各共振周波数を使用する給電時間が異なる場合の切り替えパターンの例を示している。例えば、共振周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４を１サイクルとして切り替える場合、図３（ａ）のように同じ給電時間であってもよいし、図３（ｂ）のように異なる給電時間であってもよい。同様に、切り替え可能な共振周波数も４つに限定されるものではない。また、図３（ｄ）のように、１サイクルの切り替えパターン内で、同一の共振周波数（ここでは、周波数ｆ１）を２回以上、使用してもよい。

一方、図３（ｃ）のように連続的に共振周波数を切り替える場合にも、１サイクルの切り替えパターン内に同一の共振周波数が２回以上存在することがある。

離散的切り替えパターン、或いは連続的切り替えパターンにおいても、１サイクルの切り替えパターン内に同一の共振周波数を２回以上使う場合は、次にどの共振周波数に遷移するかを判断できない虞がある。例えば、共振周波数をｆ１（１回目）→ｆ２→ｆ１（２回目）→ｆ４のように切り替える場合、共振周波数ｆ１の１回目と２回目の給電時間が等しければ、切り替えパターン中で１回目なのか２回目なのかを判別するのは難しい。その結果、現在の共振周波数ｆ１の次に共振周波数ｆ２とｆ４のいずれに切り替えるか、という判断を誤る可能性が生じる。そこで、共振周波数の切り替えパターンに特徴を持たせる方法を提案する。

具体的には、共振周波数の切り替えパターンのうち、同期ポイントとなる給電時間を他の給電時間と異ならせる。例えば、切り替えパターンの先頭で同期をとりたい場合には、図３（ｄ）に示すように、共振周波数ｆ１の１回目の給電時間を、２回目の給電時間とは異なるように設定する。この場合、給電時間が長い方の共振周波数ｆ１（１回目）で同期をとっても良いし、短い方の共振周波数ｆ１（２回目）で同期をとっても良い。どちらのタイミングで同期をとるかについては、給電を開始する前に、給電装置１００から受電装置２００へ通知すれば良い。但し、１サイクル内に同一周波数ｆ１を複数回用いる場合には、給電時間が長い方で同期をとる方が、効率の面から好ましい。

図３（ｅ）のように連続的に共振周波数を変化させる場合も、１サイクルの切り替えパターン内に２回以上現れる共振周波数ｆ１の給電時間はそれぞれ異なる時間とする。つまり、共振周波数の切り替えパターンを生成する際に、１サイクル中に同じ共振周波数を複数回用いる場合には、１回目の給電時間と２回目の給電時間、或いは３回目の給電時間とで差を設ける。これにより、１サイクル中に同一の共振周波数を複数使う場合であっても、受電装置２００と給電装置１００は容易に同期することができる。

次に、図４を用いて、給電装置１００と受電装置２００との間における無線電力伝送の動作手順を説明する。

まず、受電装置２００は、給電装置１００に対して通信部２０４を用いて給電要求４０１を送信する。給電装置１００は、通信部１０４で給電要求４０１を受信すると、受電装置２００の機器認証が必要な場合は、所定の認証手続き４０２を行う。本発明は、認証手続きを特定のものに限定するものではないため、認証手続きの詳細は省略する。また、給電装置１００の通信部１０４と受電装置２００の通信部２０４との間の無線通信は、給電装置１００と受電装置２００の間の無線通信として表現する。

認証手続き４０２完了後（認証手続き４０２を行わない場合は、給電要求４０１送信後）、受電装置２００の判定部２０７は、自装置の受電能力に関わるキャパビリティ（Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）情報４０３を受電装置２００から給電装置１００に通知する。受電装置２００のキャパビリティ情報４０３は、受電に使用できる共振周波数、共振周波数の切り替え速度、共振器２０１ｂの構成に関わる情報、負荷回路２０２の特性に関する情報などを含む。受電に使用できる共振周波数として、例えば、共振周波数を離散的に切り替える場合は、各共振周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、・・・を順番に列挙して給電装置１００に通知しても良い。また、離散値が一意に決まる場合は、共振周波数ｆ０〜共振周波数ｆiといった範囲を給電装置１００に通知してもよい。一方、共振周波数を連続的に切り替える場合は、切り替え可能な共振周波数範囲ｆ０〜ｆｊを給電装置１００に通知してもよい。

また、サポートしている共振周波数の組み合わせや周波数範囲に対して、特定の識別子が定義されている場合には、使用できる共振周波数として、その識別子を給電装置１００に通知してもかまわない。例えば、共振周波数ｆ０、ｆ１、ｆ２をサポートしていることを識別子Ｆ０で代替したり、共振周波数範囲ｆi〜ｆｊを示すものとして識別子ＦＷｉで代替したりすることもできる。また、共振周波数を動的に切り替える場合に、離散的な切り替えと連続的な切り替えのどちらか一方、もしくは、双方に対応しているのかといった情報も、キャパビリティ情報４０３に含めて給電装置１００に通知する。同様に、通信部２０４で暗号化を行う場合には、サポートしている暗号アルゴリズムの能力もキャパビリティ情報４０３に含め、給電装置１００に通知してもよい。

給電装置１００は、受電装置２００からキャパビリティ情報４０３を受信する。そして、給電装置１００の決定部１０７は、自装置のキャパビリティ情報と受電装置２００のキャパビリティ情報４０３とに基づいて、給電を行う／行わないを判定する。。なお、決定部１０７の代わりに別途制御部、もしくは管理部等を設けて、それらが行っても良い。

決定部１０７が給電を行うと判定した場合には、その判定結果４０４を給電装置１００から受電装置２００に通知する。判定結果４０４は、給電に使う共振周波数や、動的に共振周波数を切り替える場合の共振周波数切り替えパターンといった給電情報と一緒に受電装置２００に通知される。さらに、通信部１０４を用いて暗号化通信を行う際の暗号鍵に関する情報も、判定結果４０４と合わせて、受電装置２００に通知してもよい。

なお、給電装置１００と受電装置２００のそれぞれにＳＩＭカード（Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｉｄｅｎｔｉｔｙ Ｍｏｄｕｌｅ Ｃａｒｄ）を搭載し、ＥＡＰ−ＳＩＭ（Ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ−ＳＩＭ）を適用すると、暗号鍵を送信することなく互いに暗号化通信を行うことが可能となる。この場合は、ＥＡＰ−ＳＩＭの処理手順に従った情報の送受信が必要になる。本実施形態では、こうした暗号化通信を行うための情報の送受信も、暗号化に関わる情報を送受信しているものとみなすこととする。

こうして、給電装置１００から受電装置２００に給電情報を通知した後に、給電装置１００は、通知した給電情報に従って給電装置１００の共振回路１０１から受電装置２００の共振回路２１０へ給電４０５を開始する。

一方、受電装置２００の判定部２０７は、給電が開始されるか否かの判断を行い、スイッチ２０３を制御する。受電装置２００の決定部２０７は、上述の認証手続き４０２が正常に終了した場合に、給電装置１００から給電を受けると判断する。その判断は、判定結果４０４を受信して給電情報を正常に取得した場合に給電を受けると判断してもよい。

図４は、共振周波数をｆ１→ｆ２→ｆ３と順次離散的に切り替えて給電する場合の例を示している。受電装置２００の測定部２０８は、受電中に各共振周波数の受電状況を測定する。測定の結果、共振周波数ｆ１とｆ３に比べて、共振周波数ｆ２の受電電力量が著しく低い場合、共振周波数ｆ２での給電は困難であると判断する。例えば共振周波数ｆ１、ｆ３の受電電力量と共振周波数ｆ２の受電電力量の差が予め定めたスレッショルドＴｈ１以上の場合、共振周波数ｆ２は他の装置に対して影響を及ぼしている共振周波数であると判断する。その判断は、共振周波数ｆ２が盗電されている場合もおこり得る。その判断により、受電装置２００は給電装置１００に対して切り替えパターン変更要求４０６を送信する。切り替えパターン変更要求４０６には、例えば「共振周波数ｆ２の受電電力量が低い」といった受電状況を示す情報が含まれてもよい。なお、ここでは受電状況を測定するパラメータとして受電電力量を用いているが、他に電流量、電圧値、インピーダンス値などを用いてもよい。その場合、電力量、電流量、電圧値、インピーダンス値のいずれか１つ又はその組み合わせにより測定してもよい。

例えば、共振周波数ｆ１、ｆ３の受電電力量と共振周波数ｆ２の受電電力量の差が予め定めたスレッショルドＴｈ２以上でかつＴｈ１未満の場合には、切り替えパターン変更要求４０６として共振周波数ｆ２の受電状況を給電装置１００に通知する。この場合は、給電装置１００の共振回路１０１と受電装置２００の共振回路２０１間の送電が悪化するにより、電力伝送効率が低下している可能性がある。そのため、共振回路１０１の共振器１０１ｂと共振回路２０１の共振器２０１ｂにそれぞれ設定する共振パラメータを調整する処理が実行される。もしくは、相手装置の共振周波数に対応するように、共振回路１０１の共振器１０１ｂまたは共振回路２０１の共振器２０１ｂに設定する共振パラメータを調整する処理を実行してもよい。

給電装置１００の決定部１０７は、受電装置２００から通知される切り替えパターン変更要求４０６や受電状況を示す情報に基づいて、共振周波数やその切り替えパターンを決定する。決定部１０７は、更新した共振周波数や切り替えパターンを、切り替えパターン変更応答４０７として受電装置２００に通知する。例えば、共振周波数ｆ２を用いた給電を停止する場合には、受電装置２００に共振周波数ｆ２を削除する指令を通知する。また、共振周波数ｆ２の電時間を「０」とする切り替えパターンを受電装置２００に通知してもよい。切り替えパターンを受電装置２００に通知する場合は、共振周波数の組み合わせを特定の識別子で通知する方法と併用することもできる。

給電装置１００は、切り替えパターン変更応答４０７の送信後、更新した切り替えパターンに従って受電装置２００に対し給電４０８を開始する。図４に示すように、給電４０５では共振周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３を用いていたが、給電４０８では共振周波数ｆ２を用いず、共振周波数ｆ１とｆ３により給電する。

給電装置１００と受電装置２００間における無線電力伝送と、通信部１０４及び通信部２０４を介した無線通信は、時分割で行うこともできる。この場合、無線通信を行う際、給電装置１００は給電を停止し、受電装置２００に対してポーリング信号を送信する。受電装置２００は装置１００からポーリング信号を受信した場合、前述の切り替えパターン変更要求４０６を送信する。このような動作にすることで、受電装置２００は、給電装置１００からの給電が停止したことをトリガーとして通信部２０４の電源を入れ、ポーリング信号の受信待ちとすることができる。つまり、常に通信部２０４に電源を供給しなくても良くなるため、通信部２０４の低消費電力化に貢献する。また、給電装置１００は、ポーリング信号の送信タイミングを設計に応じて設定することができる。このため、給電装置１００は、必要と判定したタイミングで受電装置２００との通信が可能になる。

次に、時分割により無線電力伝送と無線通信とを行う別の方法について説明する。給電装置１００は、認証手続き４０２を行う際に、無線電力伝送と無線通信とを時分割で行うための時分割フレームの構成を受電装置２００に通知しておく。図５に、時分割フレームの構成例を示す。図５に示すような時分割フレームの構成をあらかじめ受電装置２００に通知しておくことにより、受電装置２００は給電装置１００からの給電の停止を検出する必要がなくなる。従って、受電装置２００は、通信部２０４の電源をオンにするタイミングを精度良く把握することができる。

また、給電装置１００の通信部１０４と通信が可能な他の装置から得られた切り替えパターンに応じて、受電装置２００は共振周波数やその切り替えパターンの変更を行ってもよい。具体的には、給電装置１００から受電装置２００へ無線電力伝送する電磁波が第１の装置にも受信されて、第１の装置に影響を与えてしまうことがある。このとき、第１の装置は、給電装置１００に対して「給電装置１００の影響を受けている」ことを通知する。第１の装置は、無線電力伝送に対応した装置である。第１の装置は、給電装置１００と無線通信が可能な装置であればよい。また、第１の装置が別の第２の装置を中継して、給電装置１００に影響を受けていることを通知しても良い。このとき、第２の装置と給電装置１００との間は、通信部１０４に対応した通信手段を用いて無線通信を行う。第１の装置と第２の装置との間は、別の通信手段により通信を行ってもよい。

また、給電装置１００の通信部１０４は、キャリアセンス機能を有していてもよい。この場合、給電装置１００の決定部１０８は、通信部１０４を介して受電装置２００から給電要求４０１を受信すると、通信部１０４によりキャリアセンスを実行する。そして、決定部１０８は、通信部１０４からのキャリアセンス結果情報に基づき、他の装置（例えば、第１の装置）が使用していない周波数（干渉が検出されない周波数）の中から、無線電力伝送に用いる共振周波数を決定する。これにより、第１の装置が、無線電力伝送に用いる共振周波数と同じ周波数（又は、高調波）を使って無線通信を行っている場合に、給電装置１００からの給電が第１の装置における無線通信に対して干渉を与えてしまうことを回避することができる。

更に、無線電力伝送中に給電装置１００と受電装置２００における共振周波数の切り替えタイミングがずれる場合がある。これに対処するために、受電特性が予め定めた所定値よりも低下した場合には、再度、第１の共振周波数ｆａに切り替えて受電待ちを行ってもよい。そして、再び第１の共振周波数ｆａ上で受電が開始した場合に、受電装置２００は切り替えパターンに従って共振周波数の切り替えを再開する。これにより、無線電力伝送中に共振周波数の切り替えタイミングがずれた場合であっても、再度、給電装置１００と受電装置２００における共振周波数の切り替えタイミングを同期させることが可能となる。

このように、本実施形態によれば、無線電力伝送に用いる共振周波数を固定の周波数に設定するのではなく、無線電力伝送毎に給電装置と受電装置間で設定する。無線電力伝送毎に共振周波数を定めることにより、受電装置に対してのみ給電装置から給電することができる。

また、本実施形態によれば、無線電力伝送中に、共振周波数を切り替えパターンに従って動的に切り替える。給電装置１００又は受電装置２００の近くに位置する他の装置は、共振周波数の切り替えパターンを知り得ないので、給電装置１００からの電力が受電装置２００以外の他の装置に受電されてしまうことを防ぐことができる。また、他の装置により盗電されてしまうことを防ぐことができる。

さらに、本実施形態によれば、受電装置２００、または他の装置から通知された給電状況や切り替えパターン変更要求に応じて、給電装置は共振周波数やその切り替えパターンを変更することができる。これにより、給電装置１００又は受電装置２００の近くに位置する他の装置に影響を与えるのを防ぎ、受電装置２００の受電性能が低下することを防ぐことができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１００・・・給電装置
１０１、２０１・・・共振回路
１０１ａ・・・送電コイル
２０１ａ・・・受電コイル
１０１ｂ、２０１ｂ・・・共振器
１０２・・・発振器
１０３・・・発振周波数制御部
１０４、２０４・・・通信部
１０５、２０５・・・共振周波数制御部
１０６、２０６・・・記憶部
１０７・・・決定部
２００・・・受電装置
２０２・・・負荷回路
２０３・・・スイッチ
２０７・・・判定部
２０８・・・測定部

Claims (8)

1. 給電装置から受電装置に対して、無線により電力を伝送する無線電力伝送システムであって、
   前記給電装置は、
   共振周波数を決定する決定部と、
   前記共振周波数に基づき発振周波数を決定する発振周波数制御部と、
   前記発振周波数に応じて発振して高周波信号を生成する発振器と、
   前記共振周波数に基づき共振パラメータを生成する第１の共振周波数制御部と、
   前記共振パラメータに従って前記高周波信号から電磁波を生成する第１の共振回路と、
   前記電磁波を生成する前に前記共振周波数を示す情報を前記受電装置に送信する第１の通信部と、
   を備え、
   前記受電装置は、
   前記情報を受信する第２の通信部と、
   前記共振周波数を示す情報の共振周波数に基づき共振パラメータを生成する第２の共振周波数制御部と、
   前記共振パラメータに従って前記電磁波から電力を生成する第２の共振回路と、
   接続される負荷回路と前記共振回路との接続を開閉するスイッチと、
   前記共振周波数を示す情報を受信すると、前記共振回路と前記負荷回路とを接続するように前記スイッチを制御する判定部と、
   を備える
   ことを特徴とする無線電力伝送システム。
2. 前記情報は、少なくとも複数の共振周波数と各共振周波数の給電時間長を含む切り替えパターンであり、
   前記給電装置は、前記切り替えパターンに従って前記第１の共振回路へ供給する共振パラメータおよび前記高周波信号を切り替えながら前記受電装置へ電力を伝送する
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送システム。
3. 前記受電装置は、予め定めた第１の共振周波数に応じた共振パラメータを前記第２の共振回路に供給して受電待ちを行い、
   受電開始後は、前記切り替えパターンに従って前記第２の共振回路に供給する前記共振パラメータを切り替えることを特徴とする請求項２に記載の無線電力伝送システム。
4. 前記受電装置は、前記第２の共振回路の受電状況を測定する測定部をさらに有し、
   前記受電状況があらかじめ定めた閾値以下の場合に、前記受電状況を示す信号を前記受電装置から前記給電装置に通知し、
   前記給電装置の前記決定部は新たな切り替えパターンを決定して前記受電装置に送信し、
   前記第２の共振周波数制御部は前記新たな切り替えパターンに従った前記共振パラメータを前記第２の共振回路に供給する
   ことを特徴とする請求項３に記載の無線電力伝送システム。
5. 前記測定部は、前記第２の共振回路の受電電力量、電流量、電圧値、インピーダンス値のいずれか１つ又はその組み合わせにより、前記受電状況を測定することを特徴とする請求項４に記載の無線電力伝送システム。
6. 前記給電装置の前記決定部は、前記新たな切り替えパターンを前記受電装置に送信すると共に、前記新たな切り替えパターンに従った前記共振パラメータおよび前記高周波信号を前記第１の共振回路に向けて出力することを特徴とする請求項４に記載の無線電力伝送システム。
7. 前記給電装置は、
   前記切り替えパターンの少なくとも１サイクル中に同じ共振周波数を複数用いて給電する場合、それぞれ異なる給電時間長を設定した切り替えパターンとする
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線電力伝送システム。
8. 前記給電装置は、前記第１の通信部にキャリアセンス機能を含み、
   前記無線電力伝送を行う前に前記受電装置との間のキャリアセンスを行い、前記決定部は前記キャリアセンスに基づき干渉が検出されない周波数の中から前記共振周波数を選択する
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送システム。

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