JPWO2015083550A1 - 受電装置及び電力伝送システム - Google Patents

Abstract

電界結合方式により送電装置（１０１）から電力が伝送される受電装置（２０１）は、アクティブ電極（２２）及びパッシブ電極（２３）に接続される並列共振回路（２５）と、並列共振回路（２５）の共振条件を変えるキャパシタ（Ｃ３）及び第１スイッチ（ＳＷ１）と、並列共振回路（２５）から出力される交流電圧を負荷（ＲＬ）へ供給又は遮断する第２スイッチ（ＳＷ２）とを備える。また、送電装置（１０１）との通信開始を通知し、通知に対する応答を受信する通信部（２１４）と、第１スイッチ（ＳＷ１）をオンオフして、送電装置（１０１）へ送信すべき信号を生成する第１切替部（２１２）と、通信部（２１４）が受信した応答に基づいて、第２スイッチ（ＳＷ２）を接続又は遮断する第２切替部（２１３）とを備える。これにより、負荷に生じる不具合を抑制しつつ送電装置との通信と負荷への給電とを行う受電装置、及び電力伝送システムを提供する。

Description

本発明は、送電装置からワイヤレスで電力が伝送される受電装置、及び、それを備えた電力伝送システムに関する。

電力伝送システムは、送電装置と受電装置とを備えている。送電装置は、磁界結合、又は電界結合を利用して、受電装置へワイヤレスで電力を伝送する。受電装置は、伝送された電力を、負荷、例えば、携帯電話機、又はノート型パソコンの二次電池へ供給し、二次電池を充電する。この電力伝送システムでは、送電装置は、受電装置の種類、又は状態等を監視する必要がある。このため、送電装置と受電装置との間で通信が可能なように、送電装置と受電装置とは通信機能を備えている。

送電装置と受電装置との間で通信するシステムとして、例えば、負荷変調方式を利用したシステムがある。このシステムは、受電装置側で、送電装置側から視た負荷インピーダンスを変動させることで、「０」、「１」の信号を受電装置から送電装置へ送信する。しかしながら、負荷変動があった場合、送電装置は、通信のための負荷変動であるのか、受電装置の負荷の状態による負荷変動であるのかが判別できない場合がある。例えば、受電装置の負荷がユーザー使用中のノート型パソコンである場合、電力伝送中にノート型パソコンのＣＰＵ負荷が瞬間的に急上昇し消費電力が増大したとき、送電装置側から視た負荷インピーダンスは瞬間的に小さくなる。この場合の負荷変動は、通信のための負荷変動ではないため、送電装置側では誤った情報を取得するおそれがある。

特許文献１には、送電装置と受電装置との間で送電、及び通信が可能なシステムにおいて、給電と通信とが同時に行われないようにしたシステムが開示されている。このシステムでは、各装置において、電力送電用の共鳴素子（コイル）を、通信アンテナとしても用いている。そして、通信部と共鳴素子との間にはスイッチ回路が設けられていて、スイッチは、給電時にはオフ、通信時にはオンに切り替えられる。これにより、給電と通信とが同時に行われないようにしてある。

特開２０１１−２９７９９号公報

しかしながら、特許文献１に記載のシステムでは、以下のような問題がある。例えば、受電装置の負荷がノート型パソコンのバッテリであり、そのバッテリの充電残量が略０である場合、バッテリに給電しつつパソコンを起動している状態で、特許文献１のように、通信のためにスイッチをオフにしてバッテリへの給電をオフにすると、電力不足でパソコンが正常動作しない、又は処理中に強制的にシャットダウンする等の不具合が生じる場合がある。このように、負荷の状態に関係なく通信時に負荷を遮断して、負荷への給電をオフにすると、受電装置の負荷に不測の不具合が起きるおそれがある。

そこで、本発明の目的は、負荷に生じる不具合を抑制しつつ送電装置との通信と負荷への給電とを行う受電装置、及び電力伝送システムを提供することにある。

本発明は、受電側結合部が送電装置の送電側結合部と電界結合又は磁界結合することにより前記送電装置から電力が伝送される受電装置において、前記受電側結合部に接続される共振回路と、第１スイッチを有し、前記第１スイッチの状態によって、前記共振回路の共振条件を変える共振条件変更回路と、前記共振回路から出力される交流電圧を整流平滑し、負荷へ供給する整流平滑回路と、前記整流平滑回路と前記負荷とを接続又は遮断する第２スイッチと、前記送電装置との通信開始を通知し、前記通知に対する応答を受信する通信部と、前記送電装置へ送信すべき信号を生成するために、前記第１スイッチをオンオフする第１切替部と、前記通信部が受信した前記応答に基づいて、前記第２スイッチを接続又は遮断する第２切替部と、を備えることを特徴とする。

この構成では、第１スイッチをオンオフすることで、共振回路の共振点がずれるため、負荷変動が生じる。この負荷変動を利用して送電装置への信号を送信できる。また、負荷側からの応答を受信し、負荷への電力供給を停止できると判定した場合には、第２スイッチをオフ（又は瞬間的にオフ）にすれば、負荷への電力供給は遮断される。このため、負荷への電力供給に起因する負荷変動が、送電装置へ信号を送信するための負荷変動に影響が及ぶことを抑制でき、受電装置と送電装置との通信を精度よく行える。さらに、負荷側からの応答を受信し、負荷への電力供給を停止すべきでないと判定した場合には、第２スイッチをオン（又は瞬間的にオン）にすれば、負荷へ電力が供給されるため、負荷が電力不足による不具合が生じるおそれを抑制できる。

本発明に係る受電装置において、前記第２切替部は、前記負荷への電力供給を停止する場合、前記第２スイッチをオフにし、前記負荷への電力供給を停止しない場合、前記第２スイッチをオンにすることが好ましい。

この構成では、負荷へ電力を供給し、又は、電力供給を遮断できる。

本発明に係る受電装置は、前記負荷への電力供給を停止しない場合、前記第１切替部は前記第１スイッチをオフにすることが好ましい。

この構成では、第２スイッチがオンの場合には、第１スイッチをオフにして、送電装置との通信を行わない。このため、負荷への電力供給に起因する負荷変動が、送電装置へ信号を送信するための負荷変動に影響が及び、誤った信号が送電装置に送信されるおそれを抑制できる。

本発明に係る受電装置において、前記共振条件変更回路は、前記共振回路に並列接続された、前記第１スイッチと、インダクタ、又はキャパシタとの直列回路であることが好ましい。

この構成では、簡易な構成で、共振回路の共振条件を変更できる。

前記受電側結合部は、受電側第１電極及び受電側第２電極を有し、前記受電側第１電極は、前記送電側結合部が有する送電側第１電極と間隙をおいて対向し、前記受電側第２電極は、前記送電側結合部が有する送電側第２電極と間隙をおいて対向又は接触し、前記共振回路は、前記受電側第１電極及び前記受電側第２電極に接続されることが好ましい。

この構成では、電界結合方式で送電装置から受電装置へ電力を供給する場合において、負荷への電力供給に起因する負荷変動が、送電装置へ信号を送信するための負荷変動に影響が及ぶことを抑制でき、受電装置と送電装置との通信を精度よく行える。

前記受電側結合部は、前記送電側結合部が有する送電側コイルと磁界結合する受電側コイルを有し、前記共振回路は、前記受電側コイルに接続されることが好ましい。

この構成では、磁界結合方式で送電装置から受電装置へ電力を供給する場合において、負荷への電力供給に起因する負荷変動が、送電装置へ信号を送信するための負荷変動に影響が及ぶことを抑制でき、受電装置と送電装置との通信を精度よく行える。

本発明によれば、負荷への電力供給に起因する負荷変動が、送電装置へ信号を送信するための負荷変動に影響が及ぶことを抑制でき、受電装置と送電装置との通信を精度よく行える。また、負荷への電力供給を停止すべきでない場合に、負荷への電力供給を遮断することで負荷が電力不足による不具合が生じる、といったおそれを抑制できる。

実施形態１に係る電力伝送システムの回路図 受電装置で実行される処理のフローチャートを示す図 送電装置で実行される処理のフローチャートを示す図 負荷で実行される処理のフローチャートを示す図 実施形態２に係る電力伝送システムの回路図 受電装置で実行される処理のフローチャート 負荷で実行される処理のフローチャートを示す図 実施形態３に係る電力伝送システムの回路図

（実施形態１）
図１は、本実施形態に係る電力伝送システムの回路図である。

電力伝送システム１は送電装置１０１と受電装置２０１とを備えている。送電装置１０１は受電装置２０１へ電界結合により電力を伝送する。受電装置２０１は、送電装置１０１からの電力を負荷ＲＬへ供給する。

負荷ＲＬは、例えば、携帯電話機又はノート型パソコンなどが挙げられる。負荷ＲＬは二次電池を備え、受電装置２０１から供給された電力を、その二次電池に充電する。負荷ＲＬは二次電池を電源として駆動する。また、負荷ＲＬは、通信（例えば、シリアル通信）機能を有し、受電装置２０１と双方向に通信する。負荷ＲＬは、受電装置２０１からの信号を受信すると、それに応答する情報を送信する。

送電装置１０１は電源Ｖｉｎを備えている。電源Ｖｉｎは商用電源に接続されたＡＣアダプタである。ＡＣアダプタはＡＣ１００Ｖ〜２３０Ｖを所定の直流電圧に変換する。

送電装置１０１の電源Ｖｉｎには、インバータ回路１０が接続されている。インバータ回路１０は、４つのスイッチ素子（ＭＯＳ−ＦＥＴ）からなるＤＣ−ＡＣインバータ回路である。インバータ回路１０は、各スイッチがＰＷＭ制御され、電源Ｖｉｎからの直流電圧を交流電圧に変換する。

インバータ回路１０の出力側には、昇圧トランスＴ１の１次コイルが接続されている。

昇圧トランスＴ１の２次コイルにはアクティブ電極１２及びパッシブ電極１３が接続されている。昇圧トランスＴ１は、インバータ回路１０で直流電圧から変換された交流電圧を昇圧する。

昇圧トランスＴ１の２次コイルにはキャパシタＣ１が並列に接続されていて、キャパシタＣ１は、昇圧トランスＴ１の２次コイルの漏れインダクタンスＬ１と共に直列共振回路１５を形成している。なお、直列共振回路１５を構成する漏れインダクタンスＬ１は、実部品のインダクタであってもよい。

アクティブ電極１２は、本発明に係る「送電側結合部」及び「送電側第１電極」の一例であり、パッシブ電極１３は、本発明に係る「送電側結合部」及び「送電側第２電極」の一例である。アクティブ電極１２及びパッシブ電極１３には、昇圧トランスＴ１により昇圧された交流電圧が印加される。アクティブ電極１２には、受電装置２０１のアクティブ電極２２が対向し、パッシブ電極１３には、受電装置２０１のパッシブ電極２３が対向（又は接触）する。そして、対向したアクティブ電極１２，２２、パッシブ電極１３，２３がそれぞれ電界結合し、送電装置１０１から受電装置２０１へ電力が伝送される。

送電装置１０１は制御回路１１を備えている。制御回路１１は、マイクロコンピュータを含み、信号処理部１１１とスイッチ切替部１１２との機能部を有している。

信号処理部１１１は、送電装置１０１の送電電流ＩＤＣの変化を読み取り、データ「１」、「０」を判別する。送電電流ＩＤＣは、電源Ｖｉｎとインバータ回路１０との間に接続された電流検出用抵抗Ｒ１に流れる直流電流である。後に詳述するが、受電装置２０１側では、送電装置１０１へ送信する信号を生成するため、共振回路の共振点をずらして（共振条件を変えて）、送電装置１０１から受電装置２０１側を視た負荷インピーダンスを変動させる。この負荷インピーダンスの変動によって、送電電流ＩＤＣは変化する。受電装置２０１側の負荷が重くなる（インピーダンスが小さくなる）と、送電電流ＩＤＣは大きく、受電装置２０１側の負荷が軽くなる（インピーダンスが大きくなる）と、送電電流ＩＤＣは小さくなる。信号処理部１１１は、その送電電流ＩＤＣの変化分を取り出し、取り出された変化分から電流のハイ（Ｈ）又はロー（Ｌ）の二値データを取得する。そして、信号処理部１１１は、その二値データにより受電装置２０１から送信された変調信号を読み取る。

スイッチ切替部１１２は、インバータ回路１０の各スイッチ素子のオンデューティを変更し、スイッチ素子をＰＷＭ制御する。スイッチ切替部１１２がスイッチ素子をＰＷＭ制御することで、受電装置２０１へ伝送する電力を調整でき、また、二値データの変調信号を受電装置２０１へ送信できる。

受電装置２０１のアクティブ電極２２及びパッシブ電極２３には、降圧トランスＴ２の１次コイルが接続されている。アクティブ電極２２は、本発明に係る「受電側結合部」及び「受電側第１電極」の一例であり、パッシブ電極２３は、本発明に係る「受電側結合部」及び「受電側第２電極」の一例である。降圧トランスＴ２の１次コイルにはキャパシタＣ２が並列接続されていて、その１次コイルとキャパシタＣ２とで並列共振回路２５を形成している。

並列共振回路２５は、本発明に係る「共振回路」の一例である。この並列共振回路２５は、送電装置１０１側に形成された直列共振回路１５と共振周波数が一致するよう設計されている。直列共振回路１５と並列共振回路２５との共振周波数を一致させることで、効率よく送電装置１０１から受電装置２０１へ電力を伝送することができる。

降圧トランスＴ２の２次コイルには、キャパシタＣ３と第１スイッチＳＷ１との直列回路が並列に接続されている。直列回路は、本発明に係る「共振条件変更回路」の一例である。この直列回路の第１スイッチＳＷ１は、後述の制御回路２１によりＰＷＭ制御される。第１スイッチＳＷ１がオンされた場合、並列共振回路２５にキャパシタＣ３が並列接続した回路構成となる。すなわち、第１スイッチＳＷ１がオンされることで、並列共振回路２５の共振点がずれるため、第１スイッチＳＷ１がオンオフされると、送電装置１０１から受電装置２０１側を視た負荷インピーダンスは変化する。負荷インピーダンスが変更することで送電電流ＩＤＣも変化するため、前記したように、制御回路１１が送電電流ＩＤＣを読み取ることで、受電装置２０１から送電装置１０１へ送信される信号が読み取られる。

降圧トランスＴ２の２次コイルには、４つのダイオードから形成されたダイオードブリッジＤＢが接続されている。ダイオードブリッジＤＢには、キャパシタＣ４及びインダクタＬ２からなる平滑回路が接続されている。ダイオードブリッジＤＢ及びキャパシタＣ４は、本発明に係る整流平滑回路の一例であり、降圧トランスＴ２で降圧された交流電圧を整流及び平滑する。平滑回路は、第２スイッチＳＷ２を介して、出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２に接続されている。出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２には、負荷ＲＬが接続されている。

第２スイッチＳＷ２は、制御回路２１によりスイッチング制御される。第２スイッチＳＷ２がオンの場合、負荷ＲＬに電力が供給され、第２スイッチＳＷ２がオフの場合、負荷ＲＬへの電力供給は遮断される。

受電装置２０１は制御回路２１を備える。制御回路２１は、例えばマイクロコンピュータであって、信号処理部２１１、第１切替部２１２、第２切替部２１３、及び通信部２１４の各機能部を有している。

信号処理部２１１は、送電装置１０１から受電装置２０１へ伝送され、降圧トランスＴ２により降圧された後の電圧を検出する。より詳しくは、降圧トランスＴ２の２次コイルには、検出回路として、分圧抵抗Ｒ２，Ｒ３が並列接続されている。信号処理部２１１は、分圧抵抗Ｒ２，Ｒ３より電圧を検出する。送電装置１０１側では、制御回路１１によりインバータ回路１０のスイッチ素子がＰＷＭ制御される。このため、信号処理部２１１が検出する分圧電圧は変動する。信号処理部２１１は、変動する電圧の変化分を取り出し、取り出された変化分から電流のハイ（Ｈ）又はロー（Ｌ）の二値データを取得する。そして、信号処理部２１１は、その二値データにより送電装置１０１から送信された変調信号を読み取る。

また、信号処理部２１１は、送電装置１０１へ応答するために、変調信号を生成する。第１切替部２１２は、信号処理部２１１が生成した変調信号に基づいて、第１スイッチＳＷ１をＰＷＭ制御する。第１スイッチＳＷ１がオンされた場合、並列共振回路２５の共振点が変化する。このため、送電装置１０１側での送電電流ＩＤＣが変化し、制御回路１１は、送電電流ＩＤＣの変化から、受電装置２０１から送信された二値データの変調信号を読み取る。

通信部２１４は負荷ＲＬとの間で双方向に通信する。受電装置２０１が送電装置１０１との通信を開始する場合、通信部２１４は、送電装置１０１との通信開始を負荷ＲＬへ通知する。負荷ＲＬは、その通知を受信した場合に、それに対する応答を受電装置２０１へ送信する。第２切替部２１３は、通信部２１４が受信した応答に基づいて、第２スイッチＳＷ２をオン又はオフする。

より具体的には、受電装置２０１から通信開始を受信した負荷ＲＬは、二次電池の残量を検知し、その検知結果から、負荷ＲＬが二次電池の電力のみで動作可能か否かを判定する。二次電池の電力のみで動作可能の場合には、負荷ＲＬは、受電装置２０１へ電力供給の遮断が可能である応答を受電装置２０１へ送信する。この応答を受信した受電装置２０１は、第２切替部２１３が第２スイッチＳＷ２をオフにする。これにより、受電装置２０１から負荷ＲＬへの電力供給は遮断される。

また、二次電池の電力のみでは動作できない場合には、負荷ＲＬは、受電装置２０１からの電力供給を遮断不可能である応答を受電装置２０１へ送信する。この応答を受信した受電装置２０１は、第２切替部２１３が第２スイッチＳＷ２をオンに維持する。これにより、受電装置２０１から負荷ＲＬへ電力が供給され続ける。負荷ＲＬへ電力を供給し続けることで、負荷ＲＬが電力供給不足により強制的にシャットダウンするといった不具合を防止できる。

なお、負荷ＲＬは、二次電池の電力のみでは動作できない場合、受電装置２０１から一定時間電力が供給され、二次電池の電力のみで動作可能となったときに、受電装置２０１へ電力供給の遮断が可能である応答を受電装置２０１へ送信する。

送電装置１０１と受電装置２０１との通信が終了した場合、第２切替部２１３は、第２スイッチＳＷ２をオンにする。通信部２１４は、負荷ＲＬへ通信終了を通知する。

以下に、送電装置１０１、受電装置２０１及び負荷ＲＬそれぞれで実行される動作について説明する。本実施形態では、送電装置１０１と受電装置２０１とが通信を行う場合、送電装置１０１側から通信を要求するものとして説明する。この場合、例えば、送電装置１０１側は送電電圧を瞬間的に上げる（又は下げる）。受電装置２０１側では、信号処理部１１１が検知している電圧が瞬間的に上がった（又は下がった）ときに、送電装置１０１側が通信を要求していると判定する。

なお、受電装置２０１側から通信を要求するようにしてもよい。この場合、例えば、スイッチ切替部１１２が第１スイッチＳＷ１をオンオフして二値データの変調信号を生成し、送電装置１０１側に通信を要求してもよい。

図２は、受電装置２０１で実行される処理のフローチャートを示す図である。なお、図２に示す処理の開始時には、第１スイッチＳＷ１はオフ、第２スイッチＳＷ２はオンであるものとする。

受電装置２０１は、送電装置１０１からの電力供給が開始されると（Ｓ１）、送電装置１０１と通信を開始するか否かを判定する（Ｓ２）。送電装置１０１と通信を開始しない場合には（Ｓ２：ＮＯ）、後述のＳ１１の処理が実行される。

送電装置１０１との通信を開始する場合には（Ｓ２：ＹＥＳ）、受電装置２０１の通信部２１４は負荷ＲＬへ通信開始を通知する（Ｓ３）。そして、通信部２１４は、その通知に対する応答を受信し、負荷ＲＬへの電力供給を遮断できるか否かを判定する（Ｓ４）。前記のように、通信開始が通知された負荷ＲＬでは、二次電池の残量を検知し、その検知結果から、負荷ＲＬが二次電池の電力のみで動作可能か否かを判定し、その判定結果を受電装置２０１へ送信する。

負荷ＲＬへの電力供給を遮断できない場合（Ｓ４：ＮＯ）、すなわち、負荷ＲＬが二次電池の電力のみで動作できない場合、受電装置２０１は、負荷ＲＬへの電力供給が遮断できるようになるまで待機する。このとき、第２切替部２１３は第２スイッチＳＷ２をオンに維持する。これにより、受電装置２０１から負荷ＲＬへの電力供給は継続される。このため、負荷ＲＬ側で電力不足により生じる不具合を防止できる。なお、所定時間経過しても通知を受信しない場合には、強制的に送電装置１０１との通信を中断させ、Ｓ２の処理に戻ってもよい。

負荷ＲＬへの電力供給を遮断できる場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、すなわち、負荷ＲＬが二次電池の電力のみで動作できる場合、受電装置２０１の第２切替部２１３は、第２スイッチＳＷ２をオフにする（Ｓ５）。これにより、受電装置２０１から負荷ＲＬへの電力供給は遮断される。そして、信号処理部２１１は変調信号を生成し、第１切替部２１２が第１スイッチＳＷ１をスイッチング制御することで、送電装置１０１側へ通信開始可能を通知する（Ｓ６）。

受電装置２０１の通信部２１４は送電装置１０１と通信を行う（Ｓ７）。送電装置１０１が信号を送信する場合には、送電装置１０１のスイッチ切替部１１２がインバータ回路１０のスイッチ素子をスイッチング制御し、受電装置２０１の信号処理部２１１が電圧の変化を検出し、その電圧の変化から二値データの変調信号を取得する。受電装置２０１が信号を送信する場合には、信号処理部１１１が生成した変調信号に基づいて、第１切替部２１２が第１スイッチＳＷ１をスイッチング制御し、送電装置１０１の信号処理部１１１が送電電流ＩＤＣの変化を検出し、その変化から二値データの変調信号を取得する。

受電装置２０１と送電装置１０１との通信中は、第２スイッチＳＷ２がオフである。このため、第１スイッチＳＷ１をスイッチング制御して負荷変動させて、送電装置１０１へ送信する信号を生成する際に、負荷ＲＬへの電力供給に起因する負荷変動の影響が及ぶことを抑制できる。これにより、受電装置２０１と送電装置１０１との通信を精度よく行える。

受電装置２０１は送電装置１０１との通信が終了したか否かを判定する（Ｓ８）。通信が終了していない場合（Ｓ８：ＮＯ）、受電装置２０１は送電装置１０１との通信を続ける。通信が終了した場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、受電装置２０１の第２切替部２１３は、第２スイッチＳＷ２をオンにする（Ｓ９）。そして、受電装置２０１の通信部２１４は、送電装置１０１との通信終了を、負荷ＲＬへ通知する（Ｓ１０）。

受電装置２０１は、例えば電源がオフ、又は、送電装置１０１から取り外され、本動作を終了するか否かを判定する（Ｓ１１）。終了しない場合（Ｓ１１：ＮＯ）、受電装置２０１はＳ２の処理を実行する。終了する場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、本処理は終了する。

図３は、送電装置１０１で実行される処理のフローチャートを示す図である。この処理は、例えば、送電装置１０１に受電装置２０１が載置されることにより開始される。

送電装置１０１の制御回路１１は、スイッチ切替部１１２がインバータ回路１０のスイッチ素子をスイッチング制御し、受電装置２０１へ伝送する電力の周波数をスイープさせて、共振点（共振周波数）を検出する（Ｓ２１）。共振点が検出できた場合、制御回路１１は、送電装置１０１に受電装置２０１が載置されていると判定し、受電装置２０１への電力供給を開始する。

次に、送電装置１０１は、検出した共振周波数を駆動周波数として、受電装置２０１への電力伝送を行う（Ｓ２２）。送電装置１０１は、受電装置２０１へ送信する通信データがあるか否かを判定する（Ｓ２３）通信データがない場合（Ｓ２３：ＮＯ）、受電装置２０１は、Ｓ２３の処理を繰り返し実行する。通信データがある場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、送電装置１０１は受電装置２０１へ通信開始を通知する（Ｓ２４）。そして、送電装置１０１は、その通知に対する応答、すなわち、受電装置２０１との通信が可能であるか否かの通知を受電装置２０１から受信したか否かを判定する（Ｓ２５）。

通信可能でない場合（Ｓ２５：ＮＯ）、すなわち、受電装置２０１から応答を受信していない場合、応答を受信するまで待機する。このとき、一定時間経過しても応答を受信しない場合には、受電装置２０１との通信開始を中断するようにしてもよい。

通信可能である場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、受電装置２０１は送電装置１０１との通信を開始する（Ｓ２６）。この場合、スイッチ切替部１１２は、インバータ回路１０の各スイッチ素子のオンデューティを変更し、スイッチ素子をＰＷＭ制御する。そして、送電装置１０１は、受電装置２０１との通信が終了するか否かを判定する（Ｓ２７）。通信が終了しない場合（Ｓ２７：ＮＯ）、送電装置１０１は受電装置２０１との通信を続ける。通信が終了する場合（Ｓ２７：ＹＥＳ）送電装置１０１は、Ｓ２１で検出した共振周波数を駆動周波数として、受電装置２０１への電力伝送を再開する（Ｓ２８）。

送電装置１０１は、電源がオフ、又は載置された受電装置２０１が取り除かれる等、本処理を終了するか否かを判定する（Ｓ２９）。終了しない場合（Ｓ２９：ＮＯ）、送電装置１０１は、Ｓ２３の処理を実行する。終了する場合（Ｓ２９：ＹＥＳ）、本処理は終了する。

図４は、負荷ＲＬで実行される処理のフローチャートを示す図である。

負荷ＲＬは、受電装置２０１から電力が伝送されると、その電力を二次電池に充電する（Ｓ３１）。次に、負荷ＲＬは、送電装置１０１と受電装置２０１との通信開始通知を、受電装置２０１から受信したか否かを判定する（Ｓ３２）。通信開始通知を受信しない場合には（Ｓ３２：ＮＯ）、後述のＳ３８の処理が実行される。

通信開始通知を受信した場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、負荷ＲＬは二次電池の残量を確認し（Ｓ３３）、その結果から、受電装置２０１からの電力供給の遮断が可能であるか否かを判定する（Ｓ３４）。電力供給の遮断が可能でない場合（Ｓ３４：ＮＯ）、負荷ＲＬは電力供給の遮断が可能となるまで待機する。

電力供給の遮断が可能である場合（Ｓ３４：ＹＥＳ）、負荷ＲＬは、受電装置２０１へ電力遮断許可通知を送信する（Ｓ３５）。この通知を受信した受電装置２０１では、第２スイッチＳＷ２がオフされ、受電装置２０１から負荷ＲＬへの電力供給が遮断される。なお、受電装置２０１からの電力供給が遮断される場合、負荷ＲＬは、電力供給の遮断中に二次電池の残量がなくなり、停電が発生しないよう、事前に備える処理を行うようにしてもよい。例えば、負荷ＲＬは、消費電力の激しい処理を事前に終了させるようにしてもよいし、一部の機能を制限し、消費電力を通常モードよりも抑えた省電力モードに移行するようにしてもよい。

負荷ＲＬは、送電装置１０１と受電装置２０１との通信が終了したことを、受電装置２０１から通知されたか否かを判定する（Ｓ３６）。通知されていない場合（Ｓ３６：ＮＯ）、負荷ＲＬは通知されるまで待機する。通知された場合（Ｓ３６：ＹＥＳ）、受電装置２０１側では第２スイッチＳＷ２がオンされるため、負荷ＲＬは、受電装置２０１からの電力伝送が再開され、二次電池への充電処理を再開する（Ｓ３７）。

負荷ＲＬは、負荷ＲＬの電源をオフにして正常終了するか、又は、受電装置２０１が送電装置１０１から取り外されるなど、本処理を終了するか否かを判定する（Ｓ３８）。終了しない場合（Ｓ３８：ＮＯ）、負荷ＲＬはＳ３２の処理を実行する。終了する場合（Ｓ３８：ＹＥＳ）、本処理は終了する。

以上のように、本実施形態では、負荷ＲＬへの電力供給を遮断できない場合には、受電装置２０１は、第２スイッチＳＷ２をオンにし、送電装置１０１との通信を行わない。そして、負荷ＲＬへの電力供給を遮断できる場合には、受電装置２０１は、第２スイッチＳＷ２をオフにし、送電装置１０１との通信を行う。第２スイッチＳＷ２をオフにした状態で、送電装置１０１との通信を行うことで、負荷ＲＬへの電力供給に起因する負荷変動の影響が、受電装置２０１と送電装置１０１との通信に及ぶことを防止できる。このため、精度の良い通信が可能である。

（実施形態２）
実施形態２に係る電力伝送システムについて説明する。以下では、実施形態１との相違点についてのみ説明する。

図５は、本実施形態に係る電力伝送システムの回路図である。この例では、受電装置２０２の構成が、実施形態１に係る送電装置１０１と相違する。本実施形態では、受電装置２０２が有する並列共振回路２５の共振点をずらすための直列回路が、インダクタＬ３と第１スイッチＳＷ１とが直列接続されて形成されている。インダクタＬ３と第１スイッチＳＷ１とからなる直列回路は、本発明に係る「共振条件変更回路」に相当する。

この直列回路の第１スイッチＳＷ１は、制御回路２１によりＰＷＭ制御される。第１スイッチＳＷ１がオンされた場合、並列共振回路２５にインダクタＬ３が並列接続した回路構成となる。すなわち、実施形態１と同様に、第１スイッチＳＷ１をオンすることで、並列共振回路２５の共振点をずらすことができ、第１スイッチＳＷ１をオンオフすることで、負荷インピーダンスを変動できる。

また、本実施形態に係る受電装置２０２は、第２スイッチＳＷ２がオンの場合であっても、第１スイッチＳＷ１をスイッチング制御し、送電装置１０１と通信を行う。すなわち、負荷ＲＬへ電力供給を行いつつ、受電装置２０２は送電装置１０１と通信する。この場合、負荷ＲＬへの電力供給による負荷変動の影響を小さくするために、負荷ＲＬ側では、機能が制限された低電力モードに移行する。

図６は、受電装置２０２で実行される処理のフローチャートを示す図である。

受電装置２０２は、送電装置１０１からの電力供給が開始されると（Ｓ４１）、送電装置１０１と通信を開始するか否かを判定する（Ｓ４２）。送電装置１０１と通信を開始しない場合には（Ｓ４２：ＮＯ）、後述のＳ５１の処理が実行される。

送電装置１０１との通信を開始する場合には（Ｓ４２：ＹＥＳ）、受電装置２０２の通信部２１４は負荷ＲＬへ通信開始を通知する（Ｓ４３）。そして、通信部２１４は、その通知に対する応答を受信し、負荷ＲＬへの電力供給を遮断できるか否かを判定する（Ｓ４４）。

実施形態１と同様に、通信開始が通知された負荷ＲＬでは、二次電池の残量を検知し、その検知結果から、負荷ＲＬが二次電池の電力のみで動作可能か否かを判定し、その判定結果を受電装置２０１へ送信する。

負荷ＲＬへの電力供給を遮断できる場合（Ｓ４４：ＹＥＳ）、すなわち、負荷ＲＬが二次電池の電力のみで動作できる場合、受電装置２０２の第２切替部２１３は、第２スイッチＳＷ２をオフにする（Ｓ４５）。これにより、受電装置２０１から負荷ＲＬへの電力供給は遮断される。そして、信号処理部２１１は変調信号を生成し、第１切替部２１２が第１スイッチＳＷ１をスイッチング制御することで、送電装置１０１側へ通信開始可能を通知する（Ｓ４６）。

負荷ＲＬへの電力供給を遮断できない場合（Ｓ４４：ＮＯ）、すなわち、負荷ＲＬが二次電池の電力のみで動作できない場合、受電装置２０１の第２切替部２１３は、第２スイッチＳＷ２をオンに維持した状態で、送電装置１０１側へ通信開始可能を通知する（Ｓ４６）。これにより、受電装置２０１から負荷ＲＬへの電力供給は継続される。このため、負荷ＲＬ側で電力不足により生じる不具合を防止できる。

このとき、負荷ＲＬ側では低電力モードに移行し、送電装置１０１と受電装置２０２との通信に、負荷ＲＬへの電力供給による負荷変動が及ぼす影響を小さくしている。

受電装置２０１の通信部２１４は送電装置１０１と通信を行う（Ｓ４７）。受電装置２０２は送電装置１０１との通信が終了したか否かを判定する（Ｓ４８）。通信が終了していない場合（Ｓ４８：ＮＯ）、受電装置２０２は送電装置１０１との通信を続ける。通信が終了した場合（Ｓ４８：ＹＥＳ）、受電装置２０２の第２切替部２１３は、第２スイッチＳＷ２がオフであれば、その第２スイッチＳＷ２をオンにする（Ｓ４９）。そして、受電装置２０２の通信部２１４は、送電装置１０１との通信終了を、負荷ＲＬへ通知する（Ｓ５０）。

受電装置２０１は、本動作を終了するか否かを判定する（Ｓ５１）。終了しない場合（Ｓ５１：ＮＯ）、受電装置２０２はＳ４２の処理を実行する。終了する場合（Ｓ５１：ＹＥＳ）、本処理は終了する。

図７は、負荷ＲＬで実行される処理のフローチャートを示す図である。

負荷ＲＬは、受電装置２０１から電力が伝送されると、その電力を二次電池に充電する（Ｓ６１）。次に、負荷ＲＬは、送電装置１０１と受電装置２０１との通信開始通知を、受電装置２０１から受信したか否かを判定する（Ｓ６２）。通信開始通知を受信しない場合には（Ｓ６２：ＮＯ）、後述のＳ７２の処理が実行される。

通信開始通知を受信した場合（Ｓ６２：ＹＥＳ）、負荷ＲＬは二次電池の残量を確認し（Ｓ６３）、その結果から、受電装置２０１からの電力供給の遮断が可能であるか否かを判定する（Ｓ６４）。電力供給の遮断が可能である場合（Ｓ６４：ＹＥＳ）、負荷ＲＬは、受電装置２０１へ電力遮断許可通知を送信する（Ｓ６５）。この通知を受信した受電装置２０１では、第２スイッチＳＷ２がオフされ、受電装置２０１から負荷ＲＬへの電力供給が遮断される。

電力供給の遮断が可能でない場合（Ｓ６４：ＮＯ）、負荷ＲＬは、受電装置２０１へ電力遮断不可通知を送信する（Ｓ６６）。この通知を受信した受電装置２０１では、第２スイッチＳＷ２をオンに維持する。これにより、受電装置２０１から負荷ＲＬへの電力が供給し続けられる。負荷ＲＬは低電力モードに移行する（Ｓ６７）。この低電力モードは、例えば処理負荷の大きい機能を制限したモードである。負荷ＲＬが低電力モードに切り替わることで、第２スイッチＳＷ２をオンした状態で、送電装置１０１と受電装置２０１とが通信を行っていても、その通信に対し、負荷ＲＬへの電力供給による負荷変動が及ぼす影響を小さくすることができる。

負荷ＲＬは、送電装置１０１と受電装置２０１との通信が終了したことを、受電装置２０１から通知されたか否かを判定する（Ｓ６８）。通知されていない場合（Ｓ６８：ＮＯ）、負荷ＲＬは通知されるまで待機する。通知された場合（Ｓ６８：ＹＥＳ）、負荷ＲＬは自身が低電力モードであるか否かを判定する（Ｓ６９）。低電力モードである場合（Ｓ６９：ＹＥＳ）、負荷ＲＬは低電力モードを終了する。

低電力モードでない場合（Ｓ６９：ＮＯ）、受電装置２０１側では第２スイッチＳＷ２がオフされ、受電装置２０１からの電力供給が停止されていた状態から、受電装置２０１からの電力伝送が再開されるため、負荷ＲＬは、二次電池への充電処理を再開する（Ｓ７１）。

負荷ＲＬは、負荷ＲＬの電源をオフにして正常終了するか、又は、受電装置２０１が送電装置１０１から取り外されるなど、本処理を終了するか否かを判定する（Ｓ７２）。終了しない場合（Ｓ７２：ＮＯ）、負荷ＲＬはＳ６２の処理を実行する。終了する場合（Ｓ７２：ＹＥＳ）、本処理は終了する。

以上のように、本実施形態では、受電装置２０１は、負荷ＲＬへの電力供給を遮断できない場合には、第２スイッチＳＷ２をオンした状態で、送電装置１０１と通信を行う。これにより、負荷ＲＬが電力不足により不測の不具合、例えば、強制的なシャットダウンなどが起こるおそれを抑制できる。

（実施形態３）
図８は、実施形態３に係る電力伝送システム３の回路図である。

実施形態１，２に係る電力伝送システムは、電界結合による電力伝送を行っているのに対し、実施形態３に係る電力伝送システム３は磁界結合により電力伝送を行っている。

送電装置１０３において、昇圧トランスＴ１の２次コイルに送電側結合用コイルＬ４が接続されている。送電側結合用コイルＬ４は、キャパシタＣ５と直列共振回路１６を形成している。送電側結合用コイルＬ４は、本発明に係る「送電側結合部」及び「送電側コイル」の一例である。

受電装置２０３において、送電側結合用コイルＬ４との電磁誘導によって高周波電流が誘導される受電側結合用コイル（本発明の受電側コイル）Ｌ５が、降圧トランスＴ２の１次コイルに接続されている。受電側結合用コイルＬ５は、キャパシタＣ６と並列共振回路２６を形成している。受電側結合用コイルＬ５は、本発明に係る「受電側結合部」及び「受電側コイル」の一例である。

なお、送電装置１０３及び受電装置２０３の他の構成は実施形態１と同様である。また、送電装置１０３及び受電装置２０３それぞれで実行される動作も、実施形態１と同様であるため、説明は省略する。

実施形態１，２，３では、本発明に係る「共振条件変更回路」は、キャパシタＣ３又はインダクタＬ３と第１スイッチＳＷ１との直列回路としているが、これに限らない。例えば、直列接続又は並列接続したキャパシタ及びインダクタと、スイッチとの直列回路であってもよい。その他、共振回路の共振点をずらすことができる回路であればよい。

１，３…電力伝送システム
１０…インバータ回路
１１…制御回路
１２，２２…アクティブ電極
１３，２３…パッシブ電極
１５，１６…直列共振回路
２１…制御回路
２２…アクティブ電極
２３…パッシブ電極
２５，２６…並列共振回路
１０１，１０３…送電装置
１１１…信号処理部
１１２…スイッチ切替部
２０１，２０２，２０３…受電装置
２１１…信号処理部
２１２…第１切替部
２１３…第２切替部
２１４…通信部
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６…キャパシタ
Ｔ１…昇圧トランス
Ｔ２…降圧トランス
ＳＷ１…第１スイッチ
ＳＷ２…第２スイッチ
ＤＢ…ダイオードブリッジ
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…インダクタ
Ｌ４…送電側結合用コイル
Ｌ５…受電側結合用コイル
Ｒ１…電流検出用抵抗
Ｒ２，Ｒ３…分圧抵抗
ＯＵＴ１，ＯＵＴ２…出力端子
ＲＬ…負荷
Ｖｉｎ…電源

受電装置２０１は送電装置１０１と通信を行う（Ｓ７）。送電装置１０１が信号を送信する場合には、送電装置１０１のスイッチ切替部１１２がインバータ回路１０のスイッチ素子をスイッチング制御し、受電装置２０１の信号処理部２１１が電圧の変化を検出し、その電圧の変化から二値データの変調信号を取得する。受電装置２０１が信号を送信する場合には、信号処理部１１１が生成した変調信号に基づいて、第１切替部２１２が第１スイッチＳＷ１をスイッチング制御し、送電装置１０１の信号処理部１１１が送電電流ＩＤＣの変化を検出し、その変化から二値データの変調信号を取得する。

受電装置２０１は送電装置１０１と通信を行う（Ｓ４７）。受電装置２０２は送電装置１０１との通信が終了したか否かを判定する（Ｓ４８）。通信が終了していない場合（Ｓ４８：ＮＯ）、受電装置２０２は送電装置１０１との通信を続ける。通信が終了した場合（Ｓ４８：ＹＥＳ）、受電装置２０２の第２切替部２１３は、第２スイッチＳＷ２がオフであれば、その第２スイッチＳＷ２をオンにする（Ｓ４９）。そして、受電装置２０２の通信部２１４は、送電装置１０１との通信終了を、負荷ＲＬへ通知する（Ｓ５０）。

Claims (12)

1. 受電側結合部が送電装置の送電側結合部と電界結合又は磁界結合することにより前記送電装置から電力が伝送される受電装置において、
   前記受電側結合部に接続される共振回路と、
   第１スイッチを有し、前記第１スイッチの状態によって、前記共振回路の共振条件を変える共振条件変更回路と、
   前記共振回路から出力される交流電圧を整流平滑し、負荷へ供給する整流平滑回路と、
   前記整流平滑回路と前記負荷とを接続又は遮断する第２スイッチと、
   前記送電装置との通信開始を通知し、前記通知に対する応答を受信する通信部と、
   前記送電装置へ送信すべき信号を生成するために、前記第１スイッチをオンオフする第１切替部と、
   前記通信部が受信した前記応答に基づいて、前記第２スイッチを接続又は遮断する第２切替部と、
   を備える受電装置。
2. 前記第２切替部は、
   前記負荷への電力供給を停止する場合、前記第２スイッチをオフにし、前記負荷への電力供給を停止しない場合、前記第２スイッチをオンにする、
   請求項１に記載の受電装置。
3. 前記負荷への電力供給を停止しない場合、
   前記第１切替部は前記第１スイッチをオフにする、
   請求項２に記載の受電装置。
4. 前記共振条件変更回路は、前記共振回路に並列接続された、前記第１スイッチと、インダクタ、又はキャパシタとの直列回路である、
   請求項１から３の何れかに記載の受電装置。
5. 前記受電側結合部は、受電側第１電極及び受電側第２電極を有し、
   前記受電側第１電極は、前記送電側結合部が有する送電側第１電極と間隙をおいて対向し、
   前記受電側第２電極は、前記送電側結合部が有する送電側第２電極と間隙をおいて対向又は接触し、
   前記共振回路は、前記受電側第１電極及び前記受電側第２電極に接続される、
   請求項１から４の何れかに記載の受電装置。
6. 前記受電側結合部は、前記送電側結合部が有する送電側コイルと磁界結合する受電側コイルを有し、
   前記共振回路は、前記受電側コイルに接続される、
   請求項１から４の何れかに記載の受電装置。
7. 受電装置の受電側結合部と送電装置の送電側結合部とが電界結合又は磁界結合することにより前記送電装置から前記受電装置へ電力が伝送される電力伝送システムにおいて、
   前記受電装置は、
   前記受電側結合部に接続される共振回路と、
   第１スイッチを有し、前記第１スイッチの状態によって、前記共振回路の共振条件を変える共振条件変更回路と、
   前記共振回路から出力される交流電圧を整流平滑し、負荷へ供給する整流平滑回路と、
   前記整流平滑回路と前記負荷とを接続又は遮断する第２スイッチと、
   前記送電装置との通信開始を通知し、前記通知に対する応答を受信する通信部と、
   前記送電装置へ送信すべき信号を生成するために、前記第１スイッチをオンオフする第１切替部と、
   前記通信部が受信した前記応答に基づいて、前記第２スイッチをオン又はオフにする第２切替部と、
   を備える、電力伝送システム。
8. 前記第２切替部は、
   前記負荷への電力供給を停止する場合、前記第２スイッチをオフにし、前記負荷への電力供給を停止しない場合、前記第２スイッチをオンにする、
   請求項７に記載の電力伝送システム。
9. 前記負荷への電力供給を停止しない場合、
   前記第１切替部は前記第１スイッチをオフにする、
   請求項８に記載の電力伝送システム。
10. 前記共振条件変更回路は、前記共振回路に並列接続された、前記第１スイッチと、インダクタ、又はキャパシタとの直列回路である、
    請求項７から９の何れかに記載の電力伝送システム。
11. 前記送電側結合部は、送電側第１電極及び送電側第２電極を有し、
    前記受電側結合部は、受電側第１電極及び受電側第２電極を有し、
    前記受電側第１電極は、前記送電側第１電極と間隙をおいて対向し、
    前記受電側第２電極は、前記送電側第２電極と間隙をおいて対向又は接触し、
    前記共振回路は、前記受電側第１電極及び前記受電側第２電極に接続される、
    請求項７から１０の何れかに記載の電力伝送システム。
12. 前記送電側結合部は、送電側コイルを有し、
    前記受電側結合部は、前記送電側コイルと磁界結合する受電側コイルを有し、
    前記共振回路は、前記受電側コイルに接続される、
    請求項７から１０の何れかに記載の電力伝送システム。

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