JPWO2013061899A1 - 受電装置、送電装置およびワイヤレス電力伝送システム - Google Patents
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Abstract
携帯端末装置(100)は、R/W装置(200)と近距離通信し、また、送電装置(300)から電力を受電する。携帯端末装置(100)は、コイルアンテナ(101)と、コイルアンテナ(101)を介して外部と近距離通信を行うRFID用IC回路(120)と、コイルアンテナ(101)がパッシブ電極(302)と容量結合して受電された電力を受ける充電回路(110)と、コイルアンテナ(101)を介した近距離通信、または、コイルアンテナ(101)を介した電力受電の何れかの状態に切り替えるスイッチ(S1,S2)とを備える。これにより、一つの部材に二つの機能を持たせることで、小型化を阻害せずに、ワイヤレス電力伝送が実現できる受電装置、送電装置およびワイヤレス電力伝送システムを提供する。
Description
本発明は、ワイヤレス電力伝送が可能な受電装置、送電装置およびワイヤレス電力伝送システムに関する。
代表的なワイヤレス電力伝送システムとして、送電装置の一次コイルから受電装置の二次コイルへ磁界を利用して電力を伝送する磁界結合方式の電力伝送システムが知られている。このシステムでは、磁界結合で電力を伝送する場合、各コイルを通る磁束の大きさが起電力に大きく影響するため、一次コイルと二次コイルとの相対位置関係に高い精度が要求される。また、コイルを利用するため、装置の小型化が難しい。
一方、特許文献1に開示されているような電界結合方式のワイヤレス電力伝送システムも知られている。特許文献1に記載の電力伝送システムは、パッシブ電極およびアクティブ電極を備えた送電装置および受電装置で構成されている。そして、送電装置のアクティブ電極と受電装置のアクティブ電極とが空隙を介して近接することにより、この二つの電極間に強い電場が形成され、電極同士が電界結合する。これにより、送電装置および受電装置間での高い伝送効率の電力伝送を可能としている。この特許文献1の方式は、結合電極の要求される相対位置精度が比較的緩く、また、結合電極の小型化および薄型化が可能である。
上述の受電装置の一例として、携帯電話機または携帯型PCなどの電子機器が挙げられる。近年、これら電子機器は小型化および薄型化が進んでおり、通信用のアンテナなど必要な素子を既に多数内蔵しているため、電力伝送用の結合電極を配置するスペースをさらに確保することが難しい。
そこで、本発明の目的は、一つの部材に二つの機能を持たせることで、小型化を阻害せずに、ワイヤレス電力伝送が実現できる受電装置、送電装置およびワイヤレス電力伝送システムを提供することにある。
本発明に係る受電装置は、ループ状導体と、前記ループ状導体を介して外部と近距離通信を行う通信回路と、前記ループ状導体が第1外部電極と容量結合して受電された電力を受ける受電回路と、前記ループ状導体を介した近距離通信、または、前記ループ状導体を介した電力受電の何れかの状態に切り替える切替手段とを備える。
この構成では、ループ状導体を容量結合用電極またはアンテナとして機能させることができるため、一つの部品に二つの機能をもたせることができるため、部品点数の増加を抑制できる。これにより、受電装置の小型化を実現できる。
本発明に係る受電装置は、前記ループ状導体は第1端および第2端を有し、前記切替手段は、前記ループ状導体の第1端を前記通信回路または前記受電回路の何れかに接続する第1切替手段と、前記ループ状導体の第2端と前記通信回路との接続または遮断を切り替える第2切替手段と、を有し、前記第2切替手段を前記通信回路に接続し、かつ、前記第1切替手段を前記通信回路に接続した前記近距離通信の状態、および、前記第2切替手段を遮断し、かつ、前記第1切替手段を前記受電回路に接続した前記電力受電の状態の何れかに切り替える、構成でもよい。
この構成では、各切替手段の切り替え制御を行うことで、ループ状導体の機能を切り替えることができる。
本発明に係る受電装置は、前記近距離通信または前記電力受電の何れの状態にするかを検知する検知手段を備え、前記切替手段は前記検知手段の検知結果に基づいて切り替える、構成でもよい。
この構成では、検知手段の検知結果に応じて切替手段を切り替えることで、ループ状導体の機能を自動で切り替えることができる。
本発明に係る受電装置は、前記切替手段は、前記ループ状導体および前記通信回路の間に設けられ、前記通信回路の通信周波数の信号を通過させ、前記受電回路の受電周波数の信号を遮断する第1フィルタと、前記ループ状導体および前記受電回路の間に設けられ、前記受電回路の受電周波数の信号を通過させ、前記通信回路の通信周波数の信号を遮断する第2フィルタと、を備える構成でもよい。
この構成では、第1または第2フィルタによって信号の通過または遮断することができるため、ループ状導体の機能を自動で切り替えることができる。
本発明に係る受電装置において、第2外部電極に対向又は接触し、前記受電回路に接続されている平板状の結合用電極を備え、前記ループ状導体および前記結合用電極の間に生じる電圧が前記受電回路に印加される、構成でもよい。
本発明に係る受電装置において、前記結合用電極は、法線方向が前記ループ状導体の巻軸方向と一致し、前記第1外部電極および第2外部電極側に前記ループ状導体が配置されるよう設けられ、面積が前記ループ状導体の平面面積より大きい、構成でもよい。
この構成では、ループ状導体および結合用電極が第1および第2外部電極に対し略直線上に位置するため、第1および第2外部電極を有する装置に対しての受電装置の設置位置の自由度が向上する。また、結合用電極の面積がループ状導体よりも大きいため、ループ状導体が結合用電極よりも高電位側となる。
本発明によれば、ループ状導体を近距離通信用のアンテナ、または、電力伝送時の電界結合用の電極として用いることができる。これにより、一つの部材に二つの機能を持たせることができるため、装置内の部品点数を低減でき、装置の小型化を実現できる。
(実施形態1)
実施形態1に係るワイヤレス電力伝送システムは、RFID(Radio Frequency Identification)タグを有する携帯端末装置、RFIDタグからデータを読み取り、または、RFIDタグにデータを書き込むリーダー/ライター装置(以下、R/W装置という。)、および携帯端末装置に対しワイヤレスに電力伝送する送電装置を備える。携帯端末装置としては、例えば、携帯電話機、携帯型PC、PDA(Personal Digital Assistant)などが挙げられるが、本実施形態では携帯電話機として説明する。
実施形態1に係るワイヤレス電力伝送システムは、RFID(Radio Frequency Identification)タグを有する携帯端末装置、RFIDタグからデータを読み取り、または、RFIDタグにデータを書き込むリーダー/ライター装置(以下、R/W装置という。)、および携帯端末装置に対しワイヤレスに電力伝送する送電装置を備える。携帯端末装置としては、例えば、携帯電話機、携帯型PC、PDA(Personal Digital Assistant)などが挙げられるが、本実施形態では携帯電話機として説明する。
図1は実施形態1に係る携帯端末装置をR/W装置にかざす状態を示す概略斜視図である。図2は実施形態1に係る携帯端末装置を送電装置に設置する状態を示す概略斜視図である。図3Aは携帯端末装置の背面図、図3Bは携帯端末装置の側面断面図である。なお、液晶画面および操作部などが設けられた面を携帯端末装置の前面とし、その反対面を背面とする。
R/W装置200は、携帯端末装置(受電装置)100と近距離通信を行う装置であり、携帯端末装置100を載置する載置面200Aを有し、その載置面200Aにデータリーダー/ライター部(以下、データR/W部という。)201が形成されている。データR/W部201は、携帯端末装置100と通信するアンテナ201Aを有している。データR/W部201は、アンテナ201Aを介して、携帯端末装置100のRFIDタグに記録されたタグ情報を受信し、または、コマンドやタグ情報をRFIDタグへ送信する。
なお、携帯端末装置100とR/W装置200との間で通信する場合、携帯端末装置100はR/W装置200に対して密着させる必要はなく、間隔を隔てて携帯端末装置100をR/W装置200のデータR/W部201に対向させた状態であってもよい。
送電装置300は、設置面に対して略水平となる載置面300Aと、載置面300Aに対して略垂直な背もたれ面300Bとを有している。送電装置300の載置面300Aには携帯端末装置100が載置される。送電装置300は、背もたれ面300Bに沿って設けられたアクティブ電極(第1外部電極)301を備えている。さらに、送電装置300は、背もたれ面300Bとの間にアクティブ電極301が介在するように、アクティブ電極301に平行なパッシブ電極(第2外部電極)302を備えている。アクティブ電極301およびパッシブ電極302は何れも略長方形状であって、パッシブ電極302はアクティブ電極301より大きい。
送電装置300の載置面300Aに携帯端末装置100が載置された場合、アクティブ電極301は、後述する携帯端末装置100のコイルアンテナ(ループ状導体)101と空隙を介して対向し、パッシブ電極302は、携帯端末装置100の金属板102と空隙を介して対向するようになっている。そして、アクティブ電極301およびパッシブ電極302に電圧を印加することで、アクティブ電極301は携帯端末装置100のコイルアンテナ101と容量結合し、パッシブ電極302は携帯端末装置100の金属板102と容量結合する。これにより、送電装置300から携帯端末装置100に電力が伝送される。なお、アクティブ電極301とコイルアンテナ101とは、容量結合していればよく、前述の空隙だけでなく、絶縁体が介在していてもよい。
携帯端末装置100は、二次電池およびRFIDタグを備えている。RFIDタグは、二次電池により動作し、R/W装置200からの信号を検知したときに機能する。このRFIDタグはコイルアンテナ101を有している。コイルアンテナ101は、図3Aに示すように、導電性部材が筐体背面に沿って螺旋状に巻回されて形成されている。コイルアンテナ101は、図示しないが、一端がスイッチの切り替えにより開放し、または、RFID用IC回路に接続される。また、他端がスイッチの切り替えにより受電回路またはRFID用IC回路に接続される。各スイッチは、携帯端末装置100をR/W装置200または送電装置300の何れに載置するかによって切り替えられる。コイルアンテナ101は、各スイッチが切り替えられることによって、R/W装置200と通信するRFIDアンテナとして機能し、または、送電装置300のアクティブ電極301と容量結合するアクティブ電極として機能する。コイルアンテナ101は、細長い形状を有し厚みが線幅より小さい平板状導体(導電性部材)を用い、薄型の平板状コイルとしてもよい。
また、携帯端末装置100は、図3Bに示すように、コイルアンテナ101の巻軸方向に法線方向が一致し、背面との間にコイルアンテナ101が介在するように設けられた金属板(結合用電極)102を備えている。金属板102はコイルアンテナ101の径よりも大きい。金属板102は、携帯端末装置100が送電装置300から電力伝送される際に、送電装置300のパッシブ電極302と容量結合する。コイルアンテナ101がアクティブ電極として機能する場合、コイルアンテナ101は送電装置300のアクティブ電極301と容量結合する。これにより、携帯端末装置100内の受電回路が有する充電回路は、送電装置300から受電した電力により二次電池を充電する。
本実施形態では、パッシブ電極302、アクティブ電極301、コイルアンテナ101および金属板102が略直線上に位置して容量結合する構成としている。すなわち、携帯端末装置100は一点を基準として送電装置300に載置すればよい。例えば、アクティブ電極301およびパッシブ電極302を背もたれ面300Bに沿って平行に配置した場合、携帯端末装置100は二点を基準として送電装置300に載置する必要があり、この場合との対比において、携帯端末装置100の設置時の位置の自由度が向上する。
なお、金属板102は独立した部品であってもよい。また、例えば配線基板に設けられる金属ケースの一部、または配線基板に形成されたグランドパターンを金属板102として用いる構成であってもよい。
以下、携帯端末装置100、R/W装置200および送電装置300それぞれの回路構成について説明する。図4および図5は、ワイヤレス電力伝送システムの回路図である。図4は、携帯端末装置100をR/W装置200に載置した場合を示している。図5は、携帯端末装置100を送電装置300に載置した場合を示している。
R/W装置200は、データR/W部201、およびその他の回路(例えば、制御回路または電源回路など)を備えている。データR/W部201は、アンテナ201AとRFID用IC回路201Bとを有している。RFID用IC回路201Bは、アンテナ201Aに電流を流して磁界を発生させ、携帯端末装置100のRFIDタグに記憶されたタグ情報を携帯端末装置100から受信し、または携帯端末装置100へコマンドやタグ情報を送信する。このRFID用IC回路201Bは、例えば、センサなどにより、データR/W部201に携帯端末装置100が載置されたことを検知したときに電流を流す構成であってもよいし、ユーザによる操作を受け付けたときに電流を流す構成であってもよいし、常時電流を流す構成であってもよい。
図5に示す送電装置300は送電回路303を備えている。送電回路303は、ACアダプタおよび電圧発生回路などを備えていて、アクティブ電極301およびパッシブ電極302が接続されている。ACアダプタは、100V〜230Vの交流電圧を、5V、12V等の直流電圧に変換して電圧発生回路へ出力する。電圧発生回路は、インバータ、昇圧トランス及びインダクタにより構成され、ACアダプタから入力された電圧を交流変換及び昇圧して、アクティブ電極301およびパッシブ電極302の間に印加する。印加される電圧の周波数は100kHz〜10MHzである。
携帯端末装置100は、充電回路(受電回路)110、RFID用IC回路(通信回路)120およびスイッチS1,S2を備えている。スイッチ(第1切替手段)S1は、三つの入出力端子を備えて、各端子はコイルアンテナ101の一端(第1端)、RFID用IC回路120および充電回路110に接続されている。そして、スイッチS1は、コイルアンテナ101の一端を、充電回路110またはRFID用IC回路120の一方に接続する。具体的には、携帯端末装置100がR/W装置200に載置される場合には、スイッチS1はコイルアンテナ101をRFID用IC回路120に接続する。また、携帯端末装置100が送電装置300に載置される場合には、スイッチS1はコイルアンテナ101を充電回路110に接続する。なお、スイッチS1は、リレースイッチまたはFETなど、素子の種類は特に限定されない。
スイッチ(第2切替手段)S2は、コイルアンテナ101の他端(第2端)およびRFID用IC回路120の間に接続されている。携帯端末装置100が送電装置300に載置される場合には、スイッチS2はオフとなり、コイルアンテナ101およびRFID用IC回路120を非接続にする。すなわち、コイルアンテナ101は一端が開放端となる。また、携帯端末装置100がR/W装置200に載置される場合には、スイッチS2はオンとなり、コイルアンテナ101をRFID用IC回路120に接続する。このスイッチS2は、スイッチS1と同様、素子の種類は特に限定されない。
充電回路110は送電装置300から伝送された電力によって二次電池111を充電する。充電回路110は、スイッチS1を介してコイルアンテナ101の一端が接続されていて、さらに金属板102が接続されている。充電回路110には、受信した交流電力を直流に変換する整流回路、平滑回路および電圧安定化回路等が含まれていてもよい。
RFID用IC回路120は、スイッチS1,S2を介してコイルアンテナ101が接続されている。RFID用IC回路120は二次電池111の電力により動作する。そして、RFID用IC回路120はメモリを有し、メモリに記録されたタグ情報を、コイルアンテナ101を介して携帯端末装置100へ送信し、または、携帯端末装置100から送信されたコマンドを受信し、タグを起動及び制御し、受信したタグ情報をメモリに記憶する。
携帯端末装置100をR/W装置200に載置する場合、図4に示すように、スイッチS1はRFID用IC回路120側に接続し、スイッチS2はオンとなる。これにより、コイルアンテナ101は、RFID用IC回路120に接続され、充電回路110には接続されなくなる。そして、RFID用IC回路120は、コイルアンテナ101を介して、R/W装置200と通信する。
一方、携帯端末装置100を送電装置300に載置する場合、図5に示すように、スイッチS1は充電回路110側に接続し、スイッチS2はオフとなる。これにより、コイルアンテナ101は、一端が充電回路110に接続され、他端が開放端となる。この結果、コイルアンテナ101は平板状電極として用いることができる。そして、コイルアンテナ101は送電装置300のアクティブ電極301と対向して、アクティブ電極301との間で容量結合する。また、携帯端末装置100の金属板102は、送電装置300のパッシブ電極302と対向してパッシブ電極302との間で容量結合する。これにより、送電装置300から携帯端末装置100に電力が伝送され、充電回路110は、伝送された電力により二次電池111を充電する。
以上のように、携帯端末装置100は、スイッチS1,S2を適宜切り替えることで、コイルアンテナ101を送電装置300との容量結合用のアクティブ電極として機能させることができ、また、R/W装置200との通信アンテナとして機能させることができる。すなわち、一つの部品を二つの機能を持たせることができるため、携帯端末装置100の小型化を実現することができる。
なお、スイッチS1,S2は、自動で切り替えられてもよいし、手動で切り替えられてもよい。図6は、実施形態1に係る携帯端末装置100の別の例を示す回路図である。図6に示す携帯端末装置100では、コイルアンテナ101とスイッチS1,S2との間に検波回路(検知手段)130を備えている。検波回路130は、コイルアンテナ101から流れる信号を検波する手段と、スイッチS1,S2を切替制御する手段を有して、受信した信号を判別し、スイッチS1,S2を切り替える。検波回路130は、例えば受信した信号の周波数により信号の種別を判別する。そして、携帯端末装置100がR/W装置200または送電装置300の何れに載置されているかを判別する。
また、携帯端末装置100は、R/W装置200および送電装置300の何れに載置されたかを検知するセンサを有し、そのセンサの検出結果に応じて、スイッチS1,S2を切り替えてもよい。
(実施形態2)
以下の実施形態2に係るワイヤレス電力伝送システムは、RFIDタグ、携帯端末装置および送電装置を備えている。本実施形態に係る携帯端末装置はRFIDタグを備えず、また、送電装置は、R/W装置およびワイヤレス電力伝送装置の両方の機能を備えている。送電装置は、RFIDタグが載置された場合にはR/W装置として機能し、携帯端末装置が載置された場合には電力伝送装置として機能する。以下、実施形態1との相違点について説明する。
以下の実施形態2に係るワイヤレス電力伝送システムは、RFIDタグ、携帯端末装置および送電装置を備えている。本実施形態に係る携帯端末装置はRFIDタグを備えず、また、送電装置は、R/W装置およびワイヤレス電力伝送装置の両方の機能を備えている。送電装置は、RFIDタグが載置された場合にはR/W装置として機能し、携帯端末装置が載置された場合には電力伝送装置として機能する。以下、実施形態1との相違点について説明する。
図7および図8は、実施形態2に係るワイヤレス電力伝送システムの回路図である。図7は、送電装置をR/W装置として機能させる場合を示している。図8は、送電装置をワイヤレス電力伝送装置として機能させる場合を示している。
RFIDタグ500は、RFIDアンテナ501およびRFID用IC回路502を備えている。RFID用IC回路502は、実施形態1のRFID用IC回路120と略同じ構成であるが、RFID用IC回路502は、後述する送電装置400のコイルアンテナ401に電流が流れて発生する磁界による電磁誘導によって電流が流れて動作する。そして、RFID用IC回路502は、メモリなどに記憶されたタグ情報を、RFIDアンテナ501を介して送電装置400に送信し、送電装置400からコマンドを受信し、それにしたがって動作を行い、また、タグ情報を受信してメモリに書き込む。
携帯端末装置600は、例えば携帯電話機であって、アクティブ電極(第3外部電極)601、パッシブ(第4外部電極)電極602、充電回路610、二次電池611およびその他の回路(制御回路など)を備えている。充電回路610は、実施形態1の充電回路110と略同じ構成であって、アクティブ電極601およびパッシブ電極602が接続されている。アクティブ電極601、パッシブ電極602が、後述する送電装置400のコイルアンテナ401およびパッシブ電極402と容量結合して、送電装置400から伝送された電力によって、充電回路610は二次電池611を充電する。
送電装置400は、コイルアンテナ(ループ状導体)401、パッシブ電極402、RFID用IC回路410、送電回路420および、スイッチS3,S4を備えている。コイルアンテナ401およびパッシブ電極402は、送電装置400において、実施形態1のアクティブ電極301およびパッシブ電極302と同じように配置されている。すなわち、RFIDタグ500または携帯端末装置600側から順にコイルアンテナ401、パッシブ電極402が配置される。このとき、コイルアンテナ401の巻軸方向とパッシブ電極402の法線方向とが一致し、パッシブ電極402の面積がコイルアンテナ401より大きい。
スイッチ(第1切替手段)S3は、実施形態1のスイッチS1と同様に三つの入出力端子を備えて、各端子はコイルアンテナ401の一端、RFID用IC回路410および送電回路420に接続されている。そして、スイッチS3は、コイルアンテナ401を、RFID用IC回路410または送電回路420の一方に接続する。具体的には、送電装置400にRFIDタグ500が載置される場合には、スイッチS3はコイルアンテナ401をRFID用IC回路410に接続する。また、送電装置400に携帯端末装置600が載置される場合には、スイッチS3はコイルアンテナ401を送電回路420に接続する。
スイッチ(第2切替手段)S4は、コイルアンテナ401の他端およびRFID用IC回路420の間に接続されている。送電装置400に携帯端末装置600が載置される場合には、スイッチS4はオフとなり、コイルアンテナ401およびRFID用IC回路420を非接続にする。すなわち、コイルアンテナ401は一端が開放端となる。また、送電装置400にRFIDタグ500が載置される場合には、スイッチS4はオンとなり、コイルアンテナ401をRFID用IC回路420に接続する。
RFID用IC回路410は、実施形態1のRFID用IC回路201Bと同じ構成であり、スイッチS3,S4を介してコイルアンテナ401が接続されている。RFID用IC回路410は、例えば送電回路420からの電力により動作する。RFID用IC回路410は、コイルアンテナ401に電流を流して磁界を発生させ、記憶されたタグ情報をRFIDタグ500から受信し、またはRFIDタグ500へコマンドやタグ情報を送信する。
送電回路420は実施形態1の送電回路303と同じ構成であり、送電回路420にはパッシブ電極402が接続されている。送電回路420は、スイッチS3,S4の切り替えにより他端が開放したコイルアンテナ401の一端が接続され、このコイルアンテナ401およびパッシブ電極402の間に電圧を印加する。
送電装置400にRFIDタグ500が載置される場合、図7に示すように、スイッチS3はRFID用IC回路410側に接続し、スイッチS4はオンとなる。これにより、コイルアンテナ401は、RFID用IC回路410に接続され、送電回路420には接続されなくなる。そして、RFID用IC回路410は、コイルアンテナ401を介して、RFIDタグ500と通信する。
一方、送電装置400に携帯端末装置600が載置される場合、図8に示すように、スイッチS3は送電回路420側に接続し、スイッチS4はオフとなる。これにより、コイルアンテナ401は、一端が送電回路420に接続され、他端が開放端となる。この結果、コイルアンテナ401は平板状電極として作用する。そして、コイルアンテナ401は携帯端末装置600のアクティブ電極601と対向して、アクティブ電極601との間で容量結合する。また、送電装置400のパッシブ電極402は、携帯端末装置600のパッシブ電極602との間で容量結合する。これにより、送電装置400から携帯端末装置600に電力が伝送され、携帯端末装置600の充電回路610は、伝送された電力により二次電池611を充電する。
以上のように、送電装置400は、スイッチS3,S4を適宜切り替えることで、コイルアンテナ401を携帯端末装置600との容量結合用のアクティブ電極として機能させることができ、また、RFIDタグ500との通信アンテナとして機能させることができる。すなわち、一つの部品を二つの機能を持たせることができるため、送電装置400の大型化が防止できる。
なお、スイッチS3,S4は、実施形態1のスイッチS1,S2と同様、自動で切り替えてもよいし、手動で切り替えてもよい。例えば、スイッチS3がRFID用IC回路410側に接続し、スイッチS4がオンとなった状態で、送電装置400の検知手段が携帯端末装置600から信号を検知すると、スイッチS3が送電回路420側に接続し、スイッチS4がオフに切り替わる構成としてもよい。
(実施形態3)
以下の実施形態3に係るワイヤレス電力伝送システムは、実施形態1の携帯端末装置100と、実施形態2の送電装置400とを備えている。図9および図10は、実施形態3に係るワイヤレス電力伝送システムの回路図である。図9は、送電装置をR/W装置として機能させる場合を示している。図10は、送電装置をワイヤレス電力伝送装置として機能させる場合を示している。携帯端末装置100および送電装置400の構成は、実施形態1,2と同様であるため説明は省略する。
以下の実施形態3に係るワイヤレス電力伝送システムは、実施形態1の携帯端末装置100と、実施形態2の送電装置400とを備えている。図9および図10は、実施形態3に係るワイヤレス電力伝送システムの回路図である。図9は、送電装置をR/W装置として機能させる場合を示している。図10は、送電装置をワイヤレス電力伝送装置として機能させる場合を示している。携帯端末装置100および送電装置400の構成は、実施形態1,2と同様であるため説明は省略する。
送電装置400をR/W装置として機能させる場合、図9に示すように、スイッチS3はRFID用IC回路410側に接続し、スイッチS4はオンとなる。これにより、コイルアンテナ401は、RFID用IC回路410に接続され、送電回路420には接続されなくなる。一方、携帯端末装置100では、スイッチS2がオンとなり、スイッチS1は、RFID用IC回路120側に接続する。これにより、送電装置400のRFID用IC回路410は、コイルアンテナ401を介して、携帯端末装置100のRFID用IC回路120と通信する。
送電装置400を電力伝送装置として機能させる場合、図10に示すように、スイッチS3は送電回路420側に接続し、スイッチS4はオフとなる。これにより、コイルアンテナ401は、一端が送電回路420に接続され、他端が開放端となる。携帯端末装置100では、スイッチS1は充電回路110側に接続し、スイッチS2はオフとなる。そして、送電装置400のコイルアンテナ401と携帯端末装置100のコイルアンテナ101とが容量結合することで、送電装置400から携帯端末装置100に電力が伝送され、携帯端末装置100の充電回路110は、伝送された電力により二次電池111を充電する。
以上のように、一つの部品に二つの機能を持たせることができ、携帯端末装置100の小型化を実現することができ、送電装置400の大型化を防止できる。
(実施形態4)
以下の実施形態4では、実施形態1のスイッチS1,S2の代わりにフィルタを用いている点で、実施形態1と相違する。以下、その相違点について説明する。
以下の実施形態4では、実施形態1のスイッチS1,S2の代わりにフィルタを用いている点で、実施形態1と相違する。以下、その相違点について説明する。
図11は、実施形態4に係る携帯端末装置100の回路図である。本実施形態では、RFIDの通信周波数(第1周波数)は13MHzとし、ワイヤレス伝送される電力の周波数(第2周波数)は200kHzとする。
携帯端末装置100は、フィルタF1,F2を備えている。フィルタ(第1フィルタ)F1は、コイルアンテナ101の両端およびRFID用IC回路120の間に接続されている。フィルタF1は中心周波数を13MHzとするバンドパスフィルタである。フィルタ(第2フィルタ)F2は、コイルアンテナ101の一端と充電回路110との間に接続されている。フィルタF2は中心周波数を200kHzとするバンドパスフィルタである。
この携帯端末装置100が実施形態1のR/W装置200に載置された場合、R/W装置200から送信された信号は、フィルタF1を通過し、フィルタF2を通過しない。すなわち、充電回路110側が開放された状態となる。一方、携帯端末装置100が送電装置300に載置された場合、送電装置300から伝送された電力信号は、フィルタF2を通過し、フィルタF1を通過しない。すなわち、RFID用IC回路120側が開放された状態となる。従って、充電回路110およびRFID用IC回路120は周波数に応じて回路が分離され、独立して作用する。これにより、コイルアンテナ101は、RFID用IC回路120のアンテナとして機能し、また、電力伝送のアクティブ電極として機能する。
以上のように、実施形態4では、スイッチの代わりにフィルタを用いて、コイルアンテナ101の機能を切り替えている。この場合、スイッチ制御を行う必要がなく、部品点数またはコストを低減できる。なお、フィルタF1,F2はバンドパスフィルタでなくてもよく、バンドエリミネーションフィルタ、ハイパスフィルタまたはローパスフィルタであってもよい。また、フィルタF1,F2の中心周波数は、用途に応じて適宜変更される。
また、フィルタF1はコモンモードチョークフィルタとしてもよい。コモンモードチョークフィルタは、フェライトコアに二つのコイルが巻き付けられており、二つのコイルに同相電流が流れると、それぞれに磁界が発生してフェライトコア内部で足し合わされる。この結果、インピーダンスが増加し、同相信号成分だけが除去される。電力伝送される場合、コモンモードチョークフィルタによって信号が遮断され、コイルアンテナ101はアクティブ電極として機能する。
なお、ワイヤレス電力伝送システムを構成する各装置の具体的構成などは、適宜設計変更可能であり、上述の実施形態に記載された作用および効果は、本発明から生じる最も好適な作用および効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用および効果は、上述の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
例えば、実施形態1では、容量結合する送電装置300のパッシブ電極302および携帯端末装置100の金属板102の間に、容量結合する送電装置300のパッシブ電極302および携帯端末装置100のコイルアンテナ101が介在する構成としているが、各電極の位置はこれに限定されない。図12は、携帯端末装置100および送電装置300の構成の別の例を示す模式図である。図12は、図2に対応する図面である。
図12では、アクティブ電極301およびパッシブ電極302は、背もたれ面300Bに沿って、同一平面上に形成されている。また、携帯端末装置100において、コイルアンテナ101および金属板102は、携帯端末装置100の背面に沿って、同一平面上に形成されている。この場合であっても、アクティブ電極301とコイルアンテナ101とが対向し、パッシブ電極302と金属板102とが対向する。そして、各電極が容量結合されて、送電装置300から携帯端末装置100に電力伝送される。
100−携帯端末装置(受電装置)
101−コイルアンテナ(ループ状導体)
110−充電回路(受電回路)
120−RFID用IC回路(通信回路)
200−R/W装置
300−送電装置
301−アクティブ電極(第1外部電極)
S1,S3−スイッチ(第1切替手段)
S2,S4−スイッチ(第2切替手段)
101−コイルアンテナ(ループ状導体)
110−充電回路(受電回路)
120−RFID用IC回路(通信回路)
200−R/W装置
300−送電装置
301−アクティブ電極(第1外部電極)
S1,S3−スイッチ(第1切替手段)
S2,S4−スイッチ(第2切替手段)
Claims (13)
- ループ状導体と、
前記ループ状導体を介して外部と近距離通信を行う通信回路と、
前記ループ状導体が第1外部電極と容量結合して受電された電力を受ける受電回路と、
前記ループ状導体を介した近距離通信、または、前記ループ状導体を介した電力受電の何れかの状態に切り替える切替手段と、
を備える受電装置。 - 前記ループ状導体は第1端および第2端を有し、
前記切替手段は、
前記ループ状導体の第1端を前記通信回路または前記受電回路の何れかに接続する第1切替手段と、
前記ループ状導体の第2端と前記通信回路との接続または遮断を切り替える第2切替手段と、
を有し、
前記第2切替手段を前記通信回路に接続し、かつ、前記第1切替手段を前記通信回路に接続した前記近距離通信の状態、および、前記第2切替手段を遮断し、かつ、前記第1切替手段を前記受電回路に接続した前記電力受電の状態の何れかに切り替える、
請求項1に記載の受電装置。 - 前記近距離通信または前記電力受電の何れの状態にするかを検知する検知手段を備え、
前記切替手段は前記検知手段の検知結果に基づいて切り替える、
請求項1または2に記載の受電装置。 - 前記切替手段は、
前記ループ状導体および前記通信回路の間に設けられ、前記通信回路の通信周波数の信号を通過させ、前記受電回路の受電周波数の信号を遮断する第1フィルタと、
前記ループ状導体および前記受電回路の間に設けられ、前記受電回路の受電周波数の信号を通過させ、前記通信回路の通信周波数の信号を遮断する第2フィルタと、
を備える請求項1に記載の受電装置。 - 第2外部電極に対向又は接触し、前記受電回路に接続されている平板状の結合用電極を備え、
前記ループ状導体および前記結合用電極の間に生じる電圧が前記受電回路に印加される、
請求項1から4の何れかに記載の受電装置。 - 前記結合用電極は、
法線方向が前記ループ状導体の巻軸方向と一致し、前記第1外部電極および第2外部電極側に前記ループ状導体が配置されるよう設けられ、面積が前記ループ状導体の平面面積より大きい、
請求項5に記載の受電装置。 - ループ状導体と、
前記ループ状導体を介して外部と近距離通信を行う通信回路と、
第3外部電極と容量結合する前記ループ状導体を介して前記第3外部電極へ電力を送電する送電回路と、
前記ループ状導体を介した近距離通信、または、前記ループ状導体を介した電力送電の何れかの状態に切り替える切替手段と、
を備える送電装置。 - 前記ループ状導体は第1端および第2端を有し、
前記切替手段は、
前記ループ状導体の第1端を前記通信回路または前記送電回路の何れかに接続する第1切替手段と、
前記ループ状導体の第2端と前記通信回路との接続または遮断を切り替える第2切替手段と、
を有し、
前記第1切替手段を前記通信回路に接続し、かつ、前記第2切替手段を前記通信回路に接続した前記近距離通信の状態、または、前記第1切替手段を遮断し、かつ、前記第2切替手段を前記送電回路に接続した前記電力送電の状態の何れかに切り替える、
請求項8に記載の送電装置。 - 前記近距離通信または前記電力送電の何れの状態にするかを検知する検知手段をさらに備え、
前記切替手段は前記検知手段の検知結果に基づいて切り替える、
請求項7または8に記載の送電装置。 - 第4外部電極に対向又は接触し、前記送電回路に接続されている結合用電極を備え、
前記結合用電極は、
法線方向が前記ループ状導体の巻軸方向と一致し、前記第3外部電極および第4外部電極側に前記ループ状導体が配置されるよう設けられ、面積が前記ループ状導体の平面面積より大きい、
請求項7から9の何れか一つに記載の送電装置。 - 送電側電極、および送電側電極に電圧を印加する電圧発生回路を有する送電装置と、
前記送電側電極と容量結合する受電側電極、および、前記受電側電極の容量結合により前記送電装置から受電した電力を受ける受電回路を有する受電装置と、
を備えたワイヤレス電力伝送システムにおいて、
前記受電側電極はループ状導体であり、
前記受電装置は、
前記ループ状導体を介して外部と近距離通信を行う通信回路と、
前記ループ状導体を介した近距離通信、または、前記ループ状導体を介した電力受電の何れかの状態に切り替える切替手段と、
を備える、ワイヤレス電力伝送システム。 - 送電側電極、および送電側電極に電圧を印加する電圧発生回路を有する送電装置と、
前記送電側電極と容量結合する受電側電極を有する受電装置と、
を備えたワイヤレス電力伝送システムにおいて、
前記送電側電極はループ状導体であり、
前記送電装置は、
前記ループ状導体を介して外部と近距離通信を行う通信回路と、
前記ループ状導体を介した近距離通信、または、前記ループ状導体を介した電力送電の何れかの状態に切り替える切替手段と、
を備える、ワイヤレス電力伝送システム。 - 送電側電極、および送電側電極に電圧を印加する電圧発生回路を有する送電装置と、
前記送電側電極と容量結合する受電側電極、および、前記受電側電極の容量結合により前記送電装置から受電した電力を受ける受電回路を有する受電装置と、
を備えたワイヤレス電力伝送システムにおいて、
前記送電側電極および前記受電側電極はループ状導体であり、
前記受電装置は、
前記ループ状導体を介して前記送電装置と近距離通信を行う受電側通信回路と、
前記ループ状導体を介した近距離通信、または、前記ループ状導体を介した電力受電の何れかの動作に切り替える受電側切替手段と、
を有し、
前記送電装置は、
前記ループ状導体を介して前記受電装置と近距離通信を行う送電側通信回路と、
前記ループ状導体を介した近距離通信、または、前記ループ状導体を介した電力送電の何れかの動作に切り替える送電側切替手段と、
を有している、ワイヤレス電力伝送システム。
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