KR101774584B1 - 이동체, 무선 급전 시스템, 무선 급전 방법, 및 수전 장치 - Google Patents

이동체, 무선 급전 시스템, 무선 급전 방법, 및 수전 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 급전 장치로부터 이동체에 무선으로 전력을 공급할 때 전력의 낭비를 저감할 수 있는 이동체의 구조를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 또한, 사방으로 방사되는 전파의 강도를 낮게 억제할 수 있는 이동체의 구조를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다.
이동체에 전력을 공급하기 전에 안테나의 위치를 맞추기 위한 전파를 급전 장치로부터 출력한다. 즉, 급전 장치로부터 2단계에 걸쳐 전파를 출력한다. 1단계째의 전파는 급전 장치와 이동체가 각각 갖는 안테나의 위치를 맞추기 위하여 출력된다. 2단계째의 전파는 급전 장치로부터 이동체에 전력을 공급하기 위하여 출력된다.

Description

이동체, 무선 급전 시스템, 무선 급전 방법, 및 수전 장치{MOVING OBJECT, WIRELESS POWER FEEDING SYSTEM, WIRELESS POWER FEEDING METHOD, AND POWER RECEIVING DEVICE}
본 발명은 전동기에 의하여 추진하고, 무선으로 2차 전지의 충전이 가능한 이동체에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 이동체와, 무선으로 상기 이동체에 전력을 공급하는 급전(給電) 장치를 갖는 무선 급전 시스템에 관한 것이다. 또한, 상기 무선 급전 시스템에 있어서의 무선 통신 방법에 관한 것이다.
최근, 지구 온난화 등의 환경 문제가 심각해지면서 에너지 절약 기술, 에너지 창조 기술, 에너지 축적 기술이 주목을 받고 있다. 특히, 2차 전지를 갖는 이동체, 구체적으로는, 원동기 장치 자전거, 전기 자동차 등 2륜·4륜을 막론하고 2차 전지에 축적된 전력을 사용하는 전동기에 의하여 추진하는 이동체는 에너지 축적 기술을 이용하는 데다가 이산화탄소의 배출량을 억제할 수 있으므로 기술 개발이 활발히 진행되고 있다.
현재, 상기 이동체가 갖는 2차 전지는, 일반 가정에 널리 보급된 가정용 교류 전원을 급전 장치로서 사용하거나, 또는 급속 충전기 등의 급전 장치를 구비한 공공용 급전 설비를 이용함으로써 충전할 수 있다. 어느 경우든, 충전할 때 콘센트에 플러그를 꽂음으로써 전기적으로 접속시키는 접속기가 일반적으로 사용된다.
이 접속기를 사용한 2차 전지의 충전에서는, 플러그 측의 도체와 콘센트 측의 도체를 접촉시킴으로써 이동체와 급전 장치 사이가 전기적으로 접속된다. 따라서, 충전할 때마다 플러그를 꽂거나 뽑을 시간과 노력이 드는 데다가 반복된 충전으로 인하여 접속기가 열화될 염려가 있다. 또한, 전기 자동차 등 비교적 대형 이동체에서는 충전에 대전력이 필요하다. 따라서, 감전이나 수분 등으로 인한 누전의 피해는 막대하기 때문에, 접속기를 취급할 때는 세심한 주위를 기울여야 한다는 안전 상의 문제가 있다.
접속기에 기인하는 이들 문제를 회피하기 위하여 최근 급전 장치로부터 이동체에 무선으로 전력을 공급하는 무선 급전 시스템의 연구 개발이 행해지고 있다(예를 들어, 하기 특허 문헌 1 참조). 무선 급전 시스템을 이용함으로써 접속기를 사용하지 않고 2차 전지를 충전할 수 있다.
(특허 문헌 1)특개2004-229425호 공보
상술한 무선 급전 시스템에서는 급전 장치의 안테나로부터 발신되는 전파를 이동체의 안테나가 수신하고 전기 에너지로 변환한 후 2차 전지에 축적한다. 이 전파의 에너지를 전기 에너지로 변환할 때의 변환 효율은 급전 장치의 안테나와 이동체의 안테나의 위치 관계에 크게 좌우된다. 즉, 급전 장치의 안테나의 위치와 이동체의 안테나의 위치가 크게 어긋날수록 변환 효율이 떨어져 2차 전지가 효율적으로 충전되지 않는다. 그러나, 안테나의 설치 위치에 따라 다르지만, 이동체의 안테나와 급전 장치의 안테나의 위치 관계를 이동체의 조종자가 이동체를 조종 중에 정확히 파악하는 것은 보통 어렵다.
또한, 급전 장치의 안테나로부터는 대략 일정하고 대(大)전력인 전파가 출력되는 경우가 많다. 따라서, 안테나의 위치 관계가 어긋나 충전의 변환 효율이 떨어지면, 전력이 낭비될 뿐만 아니라, 전기 에너지로 변환되지 않았던 대전력의 전파가 사방으로 방사된다. 방사된 전파가 인체 등의 생체에 조사되어도 그 대부분은 흡수되어 열이 될 뿐이라서 문제가 없다고 생각되지만, 전파가 생체에 주는 영향은 아직 해명되지 않은 부분이 많다. 따라서, 사방으로 방사되는 전파의 강도는 낮게 억제해 두는 것이 바람직하다.
상술한 과제를 감안하여 본 발명은 급전 장치로부터 이동체에 무선으로 전력을 공급할 때 전력의 낭비를 저감할 수 있는 이동체의 구조를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 본 발명은 사방으로 방사되는 전파의 강도를 낮게 억제할 수 있는 이동체의 구조를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다.
본 발명은 급전 장치로부터 이동체에 무선으로 전력을 공급할 때 전력의 낭비를 저감할 수 있는 무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법을 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 본 발명은 충전할 때 급전 장치로부터 사방으로 방사되는 전파의 강도를 낮게 억제할 수 있는 무선 공급 시스템 및 무선 급전 방법을 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다.
상술한 제반 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 형태에서는 이동체에 전력을 공급하기 전에 안테나의 위치를 맞추기 위한 전파를 급전 장치로부터 출력한다. 즉, 본 발명의 일 형태에서는 급전 장치로부터 2단계에 걸쳐 전파를 출력한다. 1단계째의 전파의 출력은 급전 장치와 이동체가 각각 갖는 안테나의 위치를 맞추기 위하여 행한다. 2단계째의 전파의 출력은 급전 장치로부터 이동체에 전력을 공급하기 위하여 행한다.
급전 장치로부터 1단계째의 전파가 출력되면, 이동체는 상기 전파를 수신하고 전기 신호로 변환한다. 상기 전기 신호의 강도에는 급전 장치와 이동체가 각각 갖는 안테나의 거리, 방향 등의 위치 관계의 정보가 포함된다. 따라서, 상기 전기 신호를 사용함으로써 상기 안테나의 위치 관계를 파악하고 그것에 의하여 전력의 공급을 행하는 데 최적의 위치 관계가 되도록 이동체 또는 급전 장치의 위치 또는 방향을 변경할 수 있다.
또한, 1단계째에 출력되는 전파는 급전 장치의 안테나와 이동체의 안테나의 위치 관계를 파악할 수 있을 만한 강도를 가지면 좋다. 따라서, 1단계째에 출력되는 전파의 강도는 2단계째에 출력되는 전파, 즉, 이동체에 전력을 공급하기 위한 전파의 강도보다 낮게 억제할 수 있다.
또한, 본 명세서에 있어서, 이동체란 2차 전지에 축적된 전력을 사용하는 전동기에 의하여 추진하는 이동 수단이고, 자동차(자동 2륜차, 3륜 이상의 자동차), 전동 어시스트 자전거를 포함하는 원동기 장치 자전거, 항공기, 선박, 철도 차량 등이 그 범주에 포함된다.
구체적으로는, 본 발명의 일 형태에 따른 이동체는, 급전 장치로부터 순차로 발신되는 제1 전파와 제2 전파로부터 각각 제1 전기 신호와 제2 전기 신호를 생성하는 안테나 회로와, 상기 제1 전기 신호를 사용하여 상기 급전 장치와 이동체의 위치 관계의 정보를 추출하는 신호 처리 회로와, 상기 제2 전기 신호를 사용하여 전기 에너지를 축적하는 2차 전지와, 상기 2차 전지로부터 상기 전기 에너지가 공급되는 전동기를 갖는 것이다.
또한, 구체적으로는, 본 발명의 일 형태에 따른 무선 급전 시스템은, 제1 안테나 회로를 갖는 급전 장치와, 이동체를 갖고, 상기 이동체는 상기 제1 안테나 회로로부터 순차로 발신되는 제1 전파와 제2 전파로부터 각각 제1 전기 신호와 제2 전기 신호를 생성하는 제2 안테나 회로와, 상기 제1 전기 신호를 사용하여 상기 급전 장치와의 위치 관계의 정보를 추출하는 신호 처리 회로와, 상기 제2 전기 신호를 사용하여 전기 에너지를 축적하는 2차 전지와, 상기 2차 전지로부터 상기 전기 에너지가 공급되는 전동기를 갖는 것이다.
또한, 구체적으로는, 본 발명의 일 형태에 따른 무선 급전 방법에서는, 급전 장치가 갖는 제1 안테나 회로로부터 제1 전파가 발신되고, 이동체가 갖는 제2 안테나 회로는 상기 제1 전파로부터 제1 전기 신호를 생성하고, 상기 이동체가 갖는 신호 처리 회로는 상기 제1 전기 신호를 사용하여 상기 급전 장치와 상기 이동체의 위치 관계의 정보를 추출하고, 상기 위치 관계에 따라 상기 제1 안테나 회로로부터 상기 제2 전파가 발신되는지 여부가 판단되고, 상기 제1 안테나 회로로부터 상기 제2 전파가 발신되면 상기 제2 안테나 회로는 상기 제2 전파로부터 제2 전기 신호를 생성하고, 상기 제2 전기 신호를 사용하여 상기 이동체가 갖는 2차 전지에 전기 에너지가 축적되고, 상기 이동체가 갖는 전동기에 상기 2차 전지로부터 상기 전기 에너지가 공급되는 것이다.
또한, 2차 전지의 충전을 시작하는지 여부는 신호 처리 회로에 의하여 추출된 급전 장치와 이동체의 위치 관계의 정보에 의거하여 이동체의 조종자, 또는 급전 장치의 조작을 관리하는 사람이 인위적으로 판단할 수 있다. 또는, 이동체가 갖는 신호 처리 회로에서 2차 전지의 충전을 시작하는지 여부를 판단하고, 그 판단 결과를 신호로서 전파로 급전 장치에 송신하도록 하여도 좋다. 또는, 급전 장치와 이동체의 위치 관계의 정보를 신호로서 전파로 그대로 이동체로부터 급전 장치에 송신하고, 급전 장치 측에서 2차 전지의 충전을 시작하는지 여부를 판단하도록 하여도 좋다.
본 발명의 일 형태에 의하여 급전 장치와 이동체가 각각 갖는 안테나의 위치 관계를 최적화하기 용이해지기 때문에, 충전할 때 생기는 전력의 낭비를 억제할 수 있다. 또한, 충전에 이용되지 않고 급전 장치로부터 사방으로 방사되는 전파의 강도를 낮게 억제할 수 있다.
도 1은 이동체와, 무선 급전 시스템의 구성을 도시하는 도면.
도 2는 이동체와, 무선 급전 시스템의 구성을 도시하는 도면.
도 3은 이동체와 급전 장치의 동작 순서를 도시하는 플로우 차트.
도 4는 이동체와 급전 장치의 동작 순서를 도시하는 플로우 차트.
도 5는 이동체와, 무선 급전 시스템의 구성을 도시하는 도면.
도 6은 이동체와, 무선 급전 시스템의 구성을 도시하는 도면.
도 7은 이동체와, 무선 급전 시스템의 구성을 도시하는 도면.
도 8a 내지 도 8c는 이동체가 급전 장치용 안테나 회로에 접근하고 있는 상태를 도시하는 도면.
도 9a 및 도 9b는 급전 장치용 안테나와 이동체용 안테나가 인접한 상태를 도시하는 도면.
도 10a 및 도 10b는 안테나 회로의 회로도.
도 11a 내지 도 11c는 안테나 형상을 도시하는 도면.
도 12a 및 도 12b는 급전 장치와 이동체의 도면.
도 13a 및 도 13b는 이동체의 도면.
도 14a 및 도 14b는 정류 회로의 도면.
도 15a 내지 도 15d는 트랜지스터의 구조를 도시하는 도면.
이하에서는 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 사용하여 자세히 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 상세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에 기재하는 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
(실시형태 1)
본 발명의 일 형태에 따른 이동체, 및 상기 이동체와 급전 장치를 사용한 무선 급전 시스템의 구성의 일례를 도 1에 블록도를 사용하여 도시한다. 또한, 블록도에서는 이동체 또는 급전 장치 내의 구성 요소를 기능마다 분류하고 서로 독립한 블록으로 도시하지만, 실제 구성 요소는 기능마다 완전히 나누기 어렵고 하나의 구성 요소가 복수의 기능에 관여할 수도 있다.
도 1에서는 이동체(100)가 수전(受電) 장치부(101)와 전원 부하부(110)를 갖는다. 수전 장치부(101)는 이동체용 안테나 회로(102)와, 신호 처리 회로(103)와, 2차 전지(104)를 적어도 갖는다. 또한, 전원 부하부(110)는 적어도 전동기(111)를 갖는다.
또한, 2차 전지(104)는 축전 수단이고, 예를 들어, 납 축전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 등이 그 범주에 포함된다.
또한, 급전 장치(200)는 급전 장치용 안테나 회로(201)와, 신호 처리 회로(202)를 갖는다. 신호 처리 회로(202)는 급전 장치용 안테나 회로(201)의 동작을 제어한다. 즉, 급전 장치용 안테나 회로(201)로부터 발신되는 전파의 강도, 주파수 등을 제어할 수 있다.
급전 장치(200)는 이동체(100)에 전력을 공급하기 전에 이동체(100)와 급전 장치(200)의 위치를 맞추기 위하여 급전 장치용 안테나 회로(201)로부터 위치 맞춤용 전파를 테스트 신호로서 발신한다. 이동체(100)는 상기 테스트 신호를 이동체용 안테나 회로(102)에서 수신하고 전기 신호로 변환하여 신호 처리 회로(103)에 송신한다.
수신된 테스트 신호의 강도는 이동체용 안테나 회로(102)와 급전 장치용 안테나 회로(201)의 거리, 방향 등의 위치 관계에 따라 다르다. 신호 처리 회로(103)에서는 수신된 테스트 신호의 강도로부터 이동체용 안테나 회로(102)와 급전 장치용 안테나 회로(201)의 위치 관계의 정보를 추출한다.
그리고, 수신한 테스트 신호의 강도가 충분히 높으면, 전파가 전기 신호로 변환될 때의 에너지 변환 효율이 충분히 높음을 의미한다. 따라서, 이동체용 안테나 회로(102)와 급전 장치용 안테나 회로(201)의 위치 관계가 충전을 시작하는 데 적합한 상태라고 판단된다.
한편, 수신한 테스트 신호의 강도가 충분하지 않으면, 전파가 전기 신호로 변환될 때의 에너지 변환 효율이 낮음을 의미한다. 따라서, 이동체용 안테나 회로(102)와 급전 장치용 안테나 회로(201)의 위치 관계가 충전을 시작하는 데 적합한 상태가 아니라고 판단된다.
또한, 이동체용 안테나 회로(102)와 급전 장치용 안테나 회로(201)의 위치 관계가 충전을 시작하는 데 적합한 상태인지 여부를 판단하는 기준은 설계자가 적절히 설정할 수 있다.
또한, 2차 전지(104)의 충전을 시작하는지 여부는 신호 처리 회로(103)에 의하여 추출된 상기 위치 관계의 정보에 의거하여 이동체(100)의 조종자, 또는 급전 장치(200)의 조작을 관리하는 사람이 인위적으로 판단할 수 있다.
2차 전지(104)는 급전 장치(200)의 급전 장치용 안테나 회로(201)로부터 충전용 전파를 발신함으로써 충전된다. 이동체(100)에서는 상기 충전용 전파가 이동체용 안테나 회로(102)에서 수신되고 전기 신호로 변환되어 신호 처리 회로(103)에 송신된다. 그리고, 상기 전기 신호는 신호 처리 회로(103)로부터 2차 전지(104)에 송신되고, 전기 에너지로서 2차 전지(104)에 축적된다.
전동기(111)는 2차 전지(104)에 축적된 전기 에너지를 기계 에너지로 변환함으로써 이동체(100)를 추진시킨다.
또한, 테스트 신호의 강도가 충분하지 않아 충전을 시작할 수 없는 경우에는, 이동체(100) 또는 급전 장치(200)의 위치 또는 방향을 변경함으로써 이동체용 안테나 회로(102)와 급전 장치용 안테나 회로(201)의 위치 관계를 수정한다. 또는, 이동체(100) 또는 급전 장치(200)를 이동시키지 않고 이동체용 안테나 회로(102) 또는 급전 장치용 안테나 회로(201)의 위치 또는 방향을 직접 변경함으로써 위치 관계의 수정을 도모하여도 좋다. 그리고, 위치 관계를 수정한 후, 다시 테스트 신호에 의하여 이동체용 안테나 회로(102)와 급전 장치용 안테나 회로(201)의 위치 관계가 충전을 시작하는 데 적합한 상태인지 여부를 판단한다.
테스트 신호로서 발신되는 전파는 급전 장치용 안테나 회로(201)와, 이동체용 안테나 회로(102)의 위치 관계를 파악할 수 있을 만한 강도라면 좋다. 따라서, 상기 전파의 강도는 충전용 전파의 강도보다 충분히 낮게 억제할 수 있다.
또한, 테스트 신호를 복수회 발신시켜 위치를 맞추는 경우에는, 발신되는 각 테스트 신호의 강도는 반드시 같을 필요는 없다. 예를 들어, 위치를 맞출 때마다 다음에 발신되는 신호의 강도가 더 낮게 되도록 하여도 좋다. 또는, 급전 장치용 안테나 회로(201)와 이동체용 안테나 회로(102)의 위치 관계가 안 좋고 처음에 발신된 테스트 신호가 전혀 수신될 수 없었던 경우에는, 다음에 발신되는 신호의 강도를 더 높게 하여도 좋다.
또한, 본 발명의 일 형태에서는 충전용 전파의 주파수는 특히 한정되지 않고, 전력을 전송할 수 있는 주파수라면 어느 대역이라도 좋다. 충전용 전파는, 예를 들어, 135kHz의 LF 대역(장파)이라도 좋고, 13.56MHz의 HF 대역이라도 좋고, 900MHz 내지 1GHz의 UHF 대역이라도 좋고, 2.45GHz의 마이크로파 대역이라도 좋다.
또한, 테스트 신호로서 사용하는 전파는 충전용 전파와 같은 대역의 주파수를 가져도 좋고, 다른 대역의 주파수를 가져도 좋다.
또한, 전파의 전송 방식은 전자 결합 방식, 전자 유도 방식, 공명 방식, 마이크로파 방식 등 다양한 종류가 있지만, 적절히 선택하면 좋다. 다만, 비나 진흙 등 수분을 함유한 이물로 인하여 에너지가 손실되는 것을 억제하기 위하여, 본 발명의 일 형태에서는 주파수가 낮은 대역, 구체적으로는, 단파인 3MHz 내지 30MHz, 중파인 300kHz 내지 3MHz, 장파인 30kHz 내지 300kHz, 및 초장파인 3kHz 내지 30kHz의 주파수를 이용한 전자 유도 방식, 공명 방식을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태에서는 이동체용 안테나 회로(102)와 급전 장치용 안테나 회로(201)의 위치 관계의 정보를 테스트 신호의 강도로부터 추출할 수 있다. 그리고, 상기 위치 관계의 정보는 이동체(100)의 조종자가 이동체(100)를 조종할 때 이동체(100)와 급전 장치(200)의 위치를 맞추는 데 도움이 된다. 또는, 급전 장치(200)의 조작을 관리하는 사람이 급전 장치(200)를 조종할 때 이동체(100)와 급전 장치(200)의 위치를 맞추는 데 도움이 된다. 따라서, 이동체(100)와 급전 장치(200)의 위치 맞춤이 용이해져 충전할 때 생기는 전력의 낭비를 억제할 수 있다. 또한, 충전에 이용되지 않고 급전 장치(200)로부터 사방으로 방사되는 전파의 강도를 낮게 억제할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 이동체, 및 상기 이동체와 급전 장치를 사용한 무선 급전 시스템의 더 자세한 구성에 대하여 설명한다.
도 2에 본 발명의 일 형태에 따른 이동체, 및 상기 이동체와 급전 장치를 사용한 무선 급전 시스템의 구성의 일례를 블록도를 사용하여 도시한다. 도 2에서는 도 1과 마찬가지로 이동체(100)가 수전 장치부(101)와 전원 부하부(110)를 갖는다.
수전 장치부(101)는 이동체용 안테나 회로(102)와, 신호 처리 회로(103)와, 2차 전지(104)와, 정류 회로(105)와, 변조 회로(106)와, 전원 회로(107)를 적어도 갖는다.
전원 부하부(110)는 전동기(111)와, 전동기(111)에 의하여 그 동작이 제어되는 구동부(112)를 적어도 갖는다.
또한, 급전 장치(200)는 급전 장치용 안테나 회로(201)와, 신호 처리 회로(202)와, 정류 회로(203)와, 변조 회로(204)와, 복조 회로(205)와, 발진 회로(206)를 적어도 갖는다.
다음에, 도 2에 도시한 이동체(100)와 급전 장치(200)의 동작에 대하여 도 3에 도시한 플로우 차트를 사용하여 설명한다.
도 2에 도시한 이동체(100)와 급전 장치(200)의 동작은 이동체(100)와 급전 장치(200)의 위치를 맞추는 제1 단계와, 충전을 행하는 제2 단계로 나누어 설명할 수 있다.
우선, 제1 단계에서는 위치 맞춤용 전파가 테스트 신호로서 급전 장치용 안테나 회로(201)로부터 발신된다(A01: 테스트 신호의 발신). 구체적으로는, 신호 처리 회로(202)가 위치 맞춤에 필요한 신호를 생성한다. 상기 신호는 전파의 강도, 주파수 등의 정보를 포함한다. 그리고, 상기 신호, 및 발진 회로(206)에서 생성된 일정 주파수의 신호에 따라 변조 회로(204)가 급전 장치용 안테나 회로(201)에 전압을 인가함으로써 급전 장치용 안테나 회로(201)로부터 위치 맞춤용 전파가 테스트 신호로서 발신된다.
급전 장치용 안테나 회로(201)로부터 발신된 테스트 신호는 이동체(100)가 갖는 이동체용 안테나 회로(102)에서 수신된다(B01: 테스트 신호의 수신). 수신된 테스트 신호는 이동체용 안테나 회로(102)에서 전기 신호로 변환되고, 정류 회로(105)에서 정류된 후, 신호 처리 회로(103)에 송신된다.
수신된 테스트 신호의 강도는 이동체용 안테나 회로(102)와 급전 장치용 안테나 회로(201)의 거리, 방향 등의 위치 관계에 따라 다르다. 신호 처리 회로(103)에서는 정류 회로(105)로부터 송신된 전기 신호 중의 테스트 신호의 강도에 관한 정보에 의거하여 이동체용 안테나 회로(102)와 급전 장치용 안테나 회로(201)의 위치 관계의 정보를 추출한다.
그리고, 신호 처리 회로(103)에서는 수신한 테스트 신호의 강도에 의거하여 이동체용 안테나 회로(102)와 급전 장치용 안테나 회로(201)의 위치 관계가 충전을 시작하는 데 적합한 상태인지 여부를 판단한다(B02: 충전을 시작하는 데 적합한 상태인지 아닌지를 판단함).
수신한 테스트 신호의 강도가 충분하지 않으면, 전파가 전기 신호로 변환될 때 에너지 변환 효율이 낮음을 의미한다. 따라서, 이동체용 안테나 회로(102)와 급전 장치용 안테나 회로(201)의 위치 관계의 상태가 충전을 시작하는 데 적합하지 않다고 판단된다. 그리고, 적합하지 않은 경우에는, 이동체(100) 또는 급전 장치(200)의 위치 또는 방향을 변경함으로써 이동체용 안테나 회로(102)와 급전 장치용 안테나 회로(201)의 위치 관계를 수정한다(B03: 안테나 회로의 위치 관계의 수정). 또는, 이동체(100) 또는 급전 장치(200)를 이동시키지 않고, 이동체용 안테나 회로(102) 또는 급전 장치용 안테나 회로(201)의 위치 또는 방향을 직접 변경함으로써 위치 관계의 수정을 도모하여도 좋다. 그리고, 위치 관계를 수정한 후, 다시 단계 A01(테스트 신호의 발신)부터 단계 B02(충전을 시작하는 데 적합한 상태인지 아닌지를 판단함)까지의 순서를 반복하여 위치를 맞춘다.
수신한 테스트 신호의 강도가 충분히 높으면, 전파가 전기 신호로 변환될 때 에너지 변환 효율이 충분히 높음을 의미한다. 따라서, 이동체용 안테나 회로(102)와 급전 장치용 안테나 회로(201)의 위치 관계의 상태가 충전을 시작하는 데 적합하다고 판단된다.
충전을 시작하는 데 적합하다고 판단된 경우에는, 위치 맞춤이 끝나 충전 준비가 완료된다. 그러면, 신호 처리 회로(103)는 준비가 완료된 것을 급전 장치(200)에 통지하기 위한 신호를 생성한다. 그리고, 상기 신호에 따라 변조 회로(106)가 이동체용 안테나 회로(102)에 전압을 인가함으로써 준비가 완료된 것을 통지하는 신호가 전파로서 이동체용 안테나 회로(102)로부터 발신된다(B04: 준비가 완료된 것을 통지하는 신호의 발신).
그리고, 준비가 완료된 것을 통지하는 신호가 전파로서 급전 장치(200)의 급전 장치용 안테나 회로(201)에서 수신된다(A02: 준비가 완료된 것을 통지하는 신호의 수신). 수신된 신호는 급전 장치용 안테나 회로(201)에서 전기 신호로 변환되고, 정류 회로(203)에서 정류된다. 정류된 신호는 복조 회로(205)에서 복조된 후, 신호 처리 회로(202)에 송신된다. 준비가 완료된 것을 통지하는 신호(복조된 신호)를 신호 처리 회로(202)가 수신하면, 이동체(100)와 급전 장치(200)의 동작은 제1 단계에서 제2 단계로 이행된다.
제2 단계에서는 충전용 전파가 급전 장치용 안테나 회로(201)로부터 발신된다(A03: 충전용 전파의 발신). 구체적으로는, 신호 처리 회로(202)가 충전에 필요한 신호를 생성한다. 상기 신호는 전파의 강도, 주파수 등의 정보를 포함한다. 그리고, 상기 신호, 및 발진 회로(206)에서 생성된 일정 주파수의 신호에 따라 변조 회로(204)가 급전 장치용 안테나 회로(201)에 전압을 인가함으로써 충전용 전파가 급전 장치용 안테나 회로(201)로부터 발신된다.
급전 장치용 안테나 회로(201)로부터 발신된 충전용 전파는 이동체(100)가 갖는 이동체용 안테나 회로(102)에서 수신된다. 수신된 충전용 전파는 이동체용 안테나 회로(102)에서 전기 신호로 변환되고, 정류 회로(105)에서 정류된 후, 신호 처리 회로(103)에 송신된다. 그리고, 상기 전기 신호는 신호 처리 회로(103)로부터 2차 전지(104)에 송신되고, 전기 에너지로서 2차 전기(104)에 축적된다.
2차 전지(104)의 충전이 완료되면(B05: 충전 완료), 신호 처리 회로(103)에서 충전이 완료된 것을 급전 장치(200)에 통지하기 위한 신호가 생성된다. 그리고, 상기 신호에 따라 변조 신호(106)가 이동체용 안테나 회로(102)에 교류 전압을 인가함으로써 충전이 완료된 것을 통지하는 신호가 전파로서 이동체용 안테나 회로(102)로부터 발신된다(B06: 충전이 완료된 것을 통지하는 신호의 발신).
그리고, 충전이 완료된 것을 통지하는 신호가 전파로서 급전 장치(200)의 급전 장치용 안테나 회로(201)에서 수신된다(A04: 충전이 완료된 것을 통지하는 신호의 수신). 수신된 신호는 급전 장치용 안테나 회로(201)에서 전기 신호로 변환되고, 전류 회로(203)에서 정류된다. 정류된 신호는 복조 회로(205)에서 복조된 후, 신호 처리 회로(202)에 송신된다. 충전이 완료된 것을 통지하는 신호(복조된 신호)를 신호 처리 회로(202)가 수신하면, 신호 처리 회로(202)는 전파의 발신을 정지하기 위한 신호를 발진 회로(206) 및 변조 회로(204)에 송신함으로써 충전용 전파의 발신을 정지시킨다(A05: 충전용 전파의 발신 종료).
2차 전지(104)에 축적된 전기 에너지는 전원 회로(107)에서 정전압화되고 전동기(111)에 공급된다. 전동기(111)는 공급된 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하고, 구동부(112)를 구동시킨다.
또한, 본 실시형태에서는 이동체(100)가 갖는 신호 처리 회로(103)에서 2차 전지(104)의 충전을 시작하는지 여부를 판단하고, 그 판단 결과를 급전 장치(200)에 전파로 신호로서 송신하지만, 본 발명의 일 형태는 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 급전 장치(200)와 이동체(100)의 위치 관계의 정보를 그대로 이동체(100)로부터 급전 장치(200)에 전파로 신호로서 송신하고, 급전 장치(200) 측에서 2차 전지(104)의 충전을 시작하는지 여부를 판단하도록 하여도 좋다. 이 경우에는, 급전 장치(200)를 이동함으로써 위치 관계를 수정하여도 좋다. 또는, 급전 장치(200)로부터 이동체(100)에 위치 관계의 수정을 요구하는 신호를 송신하고, 이동체(100)를 이동함으로써 위치 관계의 수정을 행하여도 좋다. 그리고, 충전 준비가 완료된 것을 통지하는 신호를 이동체(100)로부터 급전 장치(200)에 송신할 필요가 없으므로 단계 B02(충전을 시작하는 데 적합한 상태인지 아닌지를 판단함) 이후에는 직접 단계 A03(충전용 전파의 발신)으로 이행하면 좋다.
또한, 변조 회로(106) 또는 변조 회로(204)에서 사용되는 변조 방식은 진폭 변조, 주파수 변조, 위상 변조 등 각종 방식을 사용할 수 있다.
또한, 충전 준비가 완료된 것을 통지하는 신호, 또는 충전이 완료된 것을 통지하는 신호에 따라 변조 회로(106)가 이동체용 안테나 회로(102)에 교류 전압을 인가하여 급전 장치용 안테나 회로(201)로부터 발신되는 캐리어(반송파)를 변조함으로써, 이동체(100)로부터 급전 장치(200)에 상기 신호를 송신하여도 좋다.
또한, 제1 단계에서 테스트 신호의 발신을 급전 장치(200)에 지시하기 위하여 이동체(100)가 갖는 수전 장치부(101)에 발진 회로를 설치함으로써 이동체(100)로부터 스타트 신호를 발신하도록 하여도 좋다. 이 경우에는, 발진 회로는 변조 회로(106)와 전기적으로 접속되면 좋다. 도 4에 이동체(100)로부터 스타트 신호를 발신하는 경우의 플로우 차트를 도시한다. 도 4에 도시한 플로우 차트에서는 신호 처리 회로(103)가 스타트 신호를 생성한다. 상기 신호는 전파의 강도, 주파수 등의 정보를 포함한다. 그리고, 상기 신호, 및 발진 회로에서 생성된 일정 주파수의 신호에 따라 변조 회로(106)가 이동체용 안테나 회로(102)에 전압을 인가함으로써 이동체용 안테나 회로(102)로부터 스타트 신호가 전파로서 발신된다(B00: 테스트 신호의 발신을 지시하는 스타트 신호의 발신).
그리고, 스타트 신호가 급전 장치(200)의 급전 장치용 안테나 회로(201)에서 수신된다(A00: 스타트 신호의 수신). 수신된 신호는 급전 장치용 안테나 회로(201)에서 전기 신호로 변환되고, 정류 회로(203)에서 정류된다. 정류된 신호는 복조 회로(205)에서 복조된 후, 신호 처리 회로(202)에 송신된다.
신호 처리 회로(202)는 스타트 신호를 수신하면, 위치 맞춤에 필요한 신호를 생성한다. 상기 신호는 전파의 강도, 주파수 등의 정보를 포함한다. 그리고, 상기 신호, 및 발진 회로(206)에서 생성된 일정 주파수의 신호에 따라 변조 회로(204)가 급전 장치용 안테나 회로(201)에 전압을 인가함으로써 급전 장치용 안테나 회로(201)로부터 위치 맞춤용 전파가 테스트 신호로서 발신되다(A01: 테스트 신호의 발신). 그리고, 단계 A01(테스트 신호의 발신) 이후의 순서에 대해서는 도 3에 도시한 플로우 차트와 같으므로 상기 기재를 참조할 수 있다.
또한, 도 2에 도시한 이동체(100)는 수전 장치부(101)에 복조 회로를 가져도 좋다. 이동체(100)가 복조 회로(108)를 갖는 경우의 이동체 및 상기 이동체와 급전 장치를 사용한 무선 급전 시스템의 구성의 일례를 도 5에 블록도를 사용하여 도시한다. 도 5는 이동체(100)가 수전 장치부(101)에 복조 회로(108)를 갖는 점만이 도 2와 다르다.
도 5에 도시한 이동체(100)와 급전 장치(200)의 동작은 도 2의 경우와 마찬가지로 도 3과 도 4에 도시한 플로우 차트에 따라 설명할 수 있다. 다만, 도 4에 도시한 플로우 차트에 따를 경우에는, 이동체(100)가 갖는 수전 장치부(101)에 발진 회로를 설치하고, 발진 회로는 변조 회로(106)와 전기적으로 접속되면 좋다. 또한, 도 5의 경우에는, 이동체용 안테나 회로(102)에서 테스트 신호가 전파로서 수신되면(B01: 테스트 신호의 수신), 수신된 테스트 신호가 이동체용 안테나 회로(102)에서 전기 신호로 변환되고, 정류 회로(105)에서 정류된 후, 복조 회로(108)에서 복조된다. 그리고, 복조된 테스트 신호가 신호 처리 회로(103)에 송신된다.
신호 처리 회로(103)는 복조된 테스트 신호의 강도가 충분하지 않으면, 상기 테스트 신호에 따라 신호 처리할 수 없다. 따라서, 준비가 완료된 것을 급전 장치(200)에 통지하기 위한 신호를 생성하는 다음 순서로 넘어갈 수 없다. 또한, 복조된 테스트 신호의 강도가 충분히 높으면, 상기 테스트 신호에 따라 신호 처리된다. 따라서, 준비가 완료된 것을 급전 장치(200)에 통지하기 위한 신호를 생성하는 다음 순서로 넘어갈 수 있다. 즉, 복조된 테스트 신호의 강도에 따라 신호 처리 회로(103)가 신호 처리할 수 있는지 여부가 결정되기 때문에, 그것에 의거하여 충전을 시작하는 데 적합한 상태인지 여부를 판단할 수 있다(B02: 충전을 시작하는 데 적합한 상태인지 아닌지를 판단함).
그리고, 충전을 시작하는 데 적합하지 않은 경우에는, 이동체(100) 또는 급전 장치(200)의 위치 또는 방향을 변경함으로써 이동체용 안테나 회로(102)와 급전 장치용 안테나 회로(201)의 위치 관계를 수정한다(B03: 안테나 회로의 위치 관계의 수정). 또는, 이동체(100) 또는 급전 장치(200)를 이동시키지 않고, 이동체용 안테나 회로(102) 또는 급전 장치용 안테나 회로(201)의 위치 또는 방향을 직접 변경함으로써 위치 관계의 수정을 도모하여도 좋다. 그리고, 위치 관계를 수정한 후, 다시 단계 A01(테스트 신호의 발신)부터 단계 B02(충전을 시작하는 데 적합한 상태인지 아닌지를 판단함)까지의 순서를 반복하여 위치를 맞춘다.
또한, 충전을 시작하는 데 적합한 경우에는, 신호 처리 회로(103)는 준비 완료를 급전 장치(200)에 통지하기 위한 신호를 생성한다. 그리고, 상기 신호에 따라 변조 회로(106)가 이동체용 안테나 회로(102)에 교류 전압을 인가함으로써 준비 완료를 통지하는 신호가 전파로서 이동체용 안테나 회로(102)로부터 발신된다(B04: 준비가 완료된 것을 통지하는 신호의 발신). 그리고, 단계 B04(준비가 완료된 것을 통지하는 신호의 발신) 이후의 순서는 도 3 또는 도 4에 도시한 플로우 차트와 같으므로 상기 기재를 참조할 수 있다.
다만, 도 5의 경우에는, 충전용 전파가 이동체용 안테나 회로(102)에서 전기 신호로 변환되고, 정류 회로(105)에서 정류된 후, 복조 회로(108)를 통하지 않고 신호 처리 회로(103)에 송신되도록 하여도 좋다.
또한, 도 2에 도시한 이동체(100)는 원동기로서 전동기(111) 외에 연소 기관을 사용하여도 좋다. 이동체(100)가 연소 기관을 갖는 경우의 이동체, 및 상기 이동체와 급전 장치를 사용한 무선 급전 시스템의 구성의 일례를 도 6의 블록도를 사용하여 도시한다.
도 6의 동작에서도 도 2 및 도 5의 경우와 마찬가지로 도 3과 도 4에 도시한 플로우 차트에 따라 설명할 수 있다. 다만, 도 4에 도시한 플로우 차트에 따를 경우에는, 이동체(100)가 갖는 수전 장치부(101)에 발진 회로를 설치하고, 발진 회로는 변조 회로(106)와 전기적으로 접속되면 좋다.
도 6에서는 이동체(100)가 전원 부하부(110)에 연소 기관(113)을 갖고, 전동기(111)와 연소 기관(113)이 원동기(114)로서 기능하는 점만이 도 2와 다르다. 그리고, 2차 전지(104)에 축적된 전기 에너지는 전원 회로(107)에서 정전압화되어 전동기(111)와 연소 기관(113)에 공급된다.
전동기(111)는 공급된 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하고, 구동부(112)를 구동시킨다. 또한, 연소 기관(113)은 공급된 전기 에너지에 의하여 스파크 플러그가 점화됨으로써 시동하고, 구동부(112)를 구동시킨다.
또한, 도 2에 도시한 이동체(100)는 전원 부하부(110)에 출력 장치를 가져도 좋다. 이동체(100)가 전원 부하부(110)에 출력 장치(115)를 갖는 경우의 이동체, 및 상기 이동체와 급전 장치를 사용한 무선 급전 시스템의 구성의 일례를 도 7의 블록도를 사용하여 도시한다.
도 7에서는 이동체(100)가 전원 부하부(110)에 출력 장치(115)와 입력 장치(116)를 갖는 점만이 도 2와 다르다. 출력 장치(115)는 신호 처리 회로(103)에서 테스트 신호로부터 추출된 정보를 외부에 출력하기 위한 장치이고, 예를 들어, 디스플레이, 라이트, 스피커 등이 그 범주에 포함된다. 입력 장치(116)는 외부로부터 이동체(100)에 정보를 입력하기 위한 장치이고, 예를 들어, 핸들, 브레이크, 액셀러레이터, 스위치 등이 그 범주에 포함된다.
도 7의 동작에서도 도 2, 도 5 및 도 6의 경우와 마찬가지로 도 3과 도 4에 도시한 플로우 차트에 따라 설명할 수 있다. 다만, 도 4에 도시한 플로우 차트에 따를 경우에는, 이동체(100)가 갖는 수전 장치부(101)에 발진 회로를 설치하고, 발진 회로는 변조 회로(106)와 전기적으로 접속되면 좋다.
도 3 또는 도 4에 도시한 플로우 차트에서 이동체용 안테나 회로(102)와 급전 장치용 안테나 회로(201)의 위치 관계가 충전을 시작하는 데 적합한 상태인지 여부가 판단되면(B02: 충전을 시작하는 데 적합한 상태인지 아닌지를 판단함), 판단의 결과를 정보로서 출력 장치(115)를 사용하여 출력할 수 있다. 또는, 이동체(100)에서 수신된 테스트 신호의 상대적인 강도를 정보로서 출력 장치(115)를 사용하여 출력하고, 위치 관계가 충전을 시작하는 데 적합한 상태인지 여부를 조종자가 판단하여도 좋다.
이동체(100)의 조종자는 출력 장치(115)를 사용하여 출력된 정보를 사용하여 이동체(100)와 급전 장치(200)의 위치 관계, 또는 상기 위치 관계의 수정이 필요한지 여부를 알 수 있다.
그리고, 위치 관계를 수정하는 경우에는, 이동체(100)의 조종자가 이동체(100)의 위치 또는 방향을 변경하기 위한 정보를 입력 장치(116)로부터 이동체(100)에 입력한다. 그리고, 입력 장치(116)로부터 입력된 정보에 따라 구동부(112)의 동작이 제어됨으로써 이동체(100) 또는 이동체용 안테나 회로(102)의 방향 또는 위치가 변경된다.
위치 관계를 수정할 필요가 없는 경우에는, 다음 순서로 넘어가는 지시를 정보로서 입력 장치(116)로부터 이동체(100)에 입력할 수 있다.
또한, 출력 장치(115)는 위치 맞춤이 시작되고 나서 이동체(100)로의 전력의 전송이 끝날 때까지의 일련의 흐름 중에 작업이 어느 단계까지 진행되었는지를 정보로서 출력할 수도 있다.
또한, 도 2, 도 5 내지 도 7에 도시한 블록도에서 DC-DC 컨버터나, 2차 전지(104)의 과충전을 방지하기 위하여 전원 회로(107)의 동작을 제어하는 과충전 제어 회로가 적절히 설치되어도 좋다.
본 발명의 일 형태에서는 이동체용 안테나 회로(102)와 급전 장치용 안테나 회로(201)의 위치 관계의 정보를 테스트 신호의 강도로부터 추출할 수 있다. 그리고, 상기 위치 관계의 정보는 이동체(100)의 조종자가 이동체(100)를 조종 중에 이동체(100)와 급전 장치(200)의 위치를 맞출 때 도움이 된다. 또는, 급전 장치(200)의 조작을 관리하는 사람이 급전 장치(200)를 조작 중에 이동체(100)와 급전 장치(200)의 위치를 맞출 때 도움이 된다. 따라서, 이동체(100)와 급전 장치(200)의 위치 맞춤이 용이해져 충전할 때 생기는 전력의 낭비를 억제할 수 있다. 또한, 충전에 이용되지 않고 급전 장치(200)로부터 사방으로 방사되는 전파의 강도를 낮게 억제할 수 있다.
본 실시형태는 상기 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 이동체가 갖는 이동체용 안테나 회로와, 급전 장치가 갖는 급전 장치용 안테나 회로의 위치 관계에 대하여 설명한다.
도 8a는 이동체 중 하나인 4륜 자동차(300)가, 급전 장치가 갖는 급전 장치용 안테나 회로(301)에 접근하고 있는 상태를 도시한 것이다. 자동차(300)는 화살표로 도시하는 방향을 따라 급전 장치용 안테나 회로(301)에 다가가고 있다.
자동차(300)는 그 바닥 부분에 이동체용 안테나 회로(302)가 설치된다. 자동차(300)에 있어서의 이동체용 안테나 회로(302)의 위치를 명확히 하기 위하여 도 8b에 윤곽만 도시한 자동차(300)와, 자동차(300)의 바닥 부분에 설치된 이동체용 안테나 회로(302)를 도시한다.
자동차(300)의 바닥 부분에 설치된 이동체용 안테나 회로(302)는 자동차(300)가 화살표 방향을 따라 추진함으로써 최종적으로는 도 8c와 같이, 급전 장치용 안테나 회로(301)에 인접한 상태가 된다.
또한, 급전 장치용 안테나 회로(301)와 이동체용 안테나 회로(302)의 설치 위치에 따라 다르지만, 자동차(300)의 조종자가 상기 안테나 회로의 위치 관계를 자동차(300)의 운전석에서 정확히 파악하고, 높은 변환 효율을 확보할 수 있도록 상기 안테나 회로의 위치를 맞추는 것은 보통 어렵다. 그러나, 본 발명의 일 형태에서는 상기 안테나 회로 사이에서 송수신되는 테스트 신호를 사용함으로써 상기 안테나 회로를 직접 눈으로 확인할 수 없어도 위치 관계를 파악할 수 있으므로 용이하게 위치를 맞출 수 있다.
또한, 본 실시형태와 같이, 자동차(300)의 바닥 부분에 이동체용 안테나 회로(302)를 설치하고, 자동차(300)가 이동하는 표면(도로 등) 위에 급전 장치용 안테나 회로(301)를 설치하는 경우에는, 상기 안테나 회로 사이에 항상 일정한 간격을 갖게 된다. 따라서, 상기 안테나 회로의 위치 맞춤은 자동차(300)가 이동하는 표면(도로 등) 내에서 급전 장치용 안테나 회로(301)를 이동시키기만 하면 좋다. 또는, 자동차(300)가 이동하는 표면과 평행 관계에 있는 표면(자동차의 바닥 면) 내에서 이동체용 안테나 회로(302)를 이동시키기만 하면 좋다.
그리고, 전파가 갖는 에너지를 전기 에너지로 변환할 때의 변환 효율은 급전 장치용 안테나 회로(301)와 이동체용 안테나 회로(302)의 거리, 방향 등의 위치 관계에 크게 좌우되지만, 도 8a 내지 도 8c의 경우에는, 상기 안테나 회로의 방향은 고정되어 있다. 따라서, 도 8a 내지 도 8c의 경우에는, 급전 장치용 안테나 회로(301)와 이동체용 안테나 회로(302)의 거리가 더 짧아지도록 상기 안테나 회로의 위치를 맞추면 좋다.
도 9a는 급전 장치용 안테나 회로(301)가 갖는 급전 장치용 안테나(303)와, 이동체용 안테나 회로(302)가 갖는 이동체용 안테나(304)가 인접한 상태를 도시한 것이다. 또한, 도 9a에서는 급전 장치용 안테나(303)로부터 테스트 신호가 전파로서 발신되는 것으로 한다.
급전 장치용 안테나(303)로부터 발신되는 전파를 효율적으로 수신하기 위해서는 이동체용 안테나(304)를 최적 에어리어(305) 내에 위치시키는 것이 바람직하다. 이동체용 안테나(304)가 최적 에어리어(305) 내에 위치하면 변환 효율이 높아지므로 이동체용 안테나(304)는 강도가 높은 테스트 신호를 수신할 수 있다. 한편, 이동체용 안테나(304)가 도 9a에 도시한 바와 같이 최적 에어리어(305) 내에 위치하지 않으면 변환 효율이 낮으므로 이동체용 안테나(304)는 강도가 높은 테스트 신호를 수신할 수 없다.
도 9b에 이동체용 안테나(304)가 최적 에어리어(305) 내에 위치하는 상태를 도시한다. 또한, 도 9b에서는 급전 장치용 안테나(303)로부터 충전용 전파가 발신되는 것으로 한다.
도 9b에 도시한 바와 같이 이동체용 안테나(304)가 최적 에어리어(305) 내에 위치하면 변환 효율이 높아지므로 충전할 때 전력의 낭비를 억제할 수 있다.
또한, 최적 에어리어(305)의 범위는 설계자가 적절히 설정할 수 있다. 예를 들어, 전자 결합 방식을 사용하여 전파를 송수신하는 경우에는, 급전 장치용 안테나(303)에 교류 전류가 흐르면, 급전 장치용 안테나(303)와 이동체용 안테나(304)가 전자 결합하여 이동체용 안테나(304)에 유도 기전력이 생긴다. 따라서, 급전 장치용 안테나(303)에서 생기는 자속(磁束)이 가장 강해지는 영역을 최적 에어리어(305)로 설정함으로써 이동체용 안테나(304)에서 생기는 유도 기전력을 크게 하고 변환 효율을 높일 수 있다.
본 실시형태는 상기 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 이동체용 안테나 회로와, 급전 장치용 안테나 회로의 구성에 대하여 설명한다.
이동체용 안테나 회로와, 급전 장치용 안테나 회로에 사용되는 안테나 회로는 안테나와 커패시터를 사용한 LC 회로로 구성할 수 있다. 도 10a에 안테나 회로의 회로도의 일례를 도시한다.
도 10a에 도시한 안테나 회로는 안테나(401)와 커패시터(402)를 갖는 병렬 LC 회로를 사용한다. 구체적으로는, 안테나(401)가 갖는 한 쌍의 단자는 안테나 회로가 갖는 입력 단자(403), 입력 단자(404)에 각각 접속된다. 또한, 커패시터(402)가 갖는 한 쌍의 전극은 안테나 회로가 갖는 입력 단자(403), 입력 단자(404)에 각각 접속된다.
안테나 회로가 갖는 입력 단자(403)와 입력 단자(404) 사이에는 교류 전압이 인가된다. 또한, 입력 단자(404)는 그라운드 등의 고정 전위가 주어지는 노드에 접속된다.
또한, 본 명세서에서 접속이란 전기적인 접속을 의미하고, 전류, 전압 또는 전위가 공급이 가능한 상태, 또는 전송이 가능한 상태에 상당한다. 따라서, 접속되는 상태란 반드시 직접 접속되는 상태를 가리키는 것은 아니고, 전류, 전압 또는 전위가 공급이 가능하거나 또는 전송이 가능하도록 배선, 저항, 다이오드, 트랜지스터 등의 회로 소자를 통하여 간접적으로 접속되는 상태도 그 범주에 포함한다.
또한, 도 10b에 도시한 안테나 회로는 안테나(401)와 커패시터(402)를 갖는 직렬 LC 회로를 사용한다. 구체적으로는, 커패시터(402)가 갖는 한 쌍의 전극은 한쪽이 안테나(401)의 한쪽의 전극에 접속되고, 다른 쪽이 안테나 회로가 갖는 입력 단자(403)에 접속된다. 또한, 안테나(401)의 다른 쪽의 전극은 안테나 회로가 갖는 입력 단자(404)에 접속된다.
안테나 회로가 갖는 입력 단자(403)와 입력 단자(404) 사이에는 교류 전압이 인가된다. 또한, 입력 단자(404)는 그라운드 등의 고정 전위가 인가되는 노드에 접속된다.
또한, 도 10a 및 도 10b에는 안테나(401)가 코일 형상인 경우를 예시하지만, 본 발명에서 사용할 수 있는 안테나의 형상은 이것에 한정되지 않는다. 안테나(401)의 형상은 무선으로 신호를 송수신할 수 있는 것이면 좋고, 전파의 파장, 전송 방식에 따라 적절히 선택하면 좋다.
예를 들어, 마이크로파 방식을 사용하여 신호를 송수신하는 경우에는, 안테나 회로는 회로부와 임피던스를 정합시킴으로써 반사로 인한 전력의 손실을 억제할 수 있고, 전력 전송 효율을 높일 수 있다. 임피던스의 허수부에 상당하는 리액턴스는 안테나 회로가 갖는 커패시터의 용량 값에 따라 변화한다. 따라서, 전력 전송 효율을 높이기 위해서는 커패시터의 용량 값을 최적화하고, 임피던스를 정합시키는 것이 바람직하다.
또한, 전자 유도 방식을 사용하여 신호를 송수신하는 경우에는, 안테나 회로가 갖는 커패시터의 용량 값을 최적화함으로써 전력 전송 효율을 향상시킬 수 있다.
도 11a 내지 도 11c에 안테나 형상을 예시한다. 도 11a에 도시한 안테나는 직사각형 평판에 개구부가 형성된 구성을 갖는다. 또한, 도 11b에 도시한 안테나는 도체(410)가 나선 형상으로 성형된 구성을 갖는다. 또한, 도 11c에 도시한 안테나는 평판 형상의 패치 소자(411)와 패치 소자(412)가 고리 형상으로 성형된 배선(413)을 사이에 두고 연결된다.
또한, 안테나 회로는 급전 점에서 급전선에 접속된 코일 외에, 예를 들어, 부스터 안테나와 같이 급전선에 물리적으로 접속되지 않은 전파 송수신용 코일을 가져도 좋고, 상기 구성에 의하여 통신 거리를 늘릴 수 있다.
본 실시형태는 상기 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는 자동차 등 레일에 의하지 않고 이동하는 이동체를 사용하는 경우에, 위치 맞춤을 용이하게 행할 수 있는 급전 장치의 구성에 대하여 설명한다.
도 12a에 이동체 중 하나인 4륜 자동차(500)가, 급전 장치가 갖는 급전 장치용 안테나 회로(501)에 접근하고 있는 상태를 도시한다. 자동차(500)는 화살표로 도시하는 방향을 따라 급전 장치용 안테나 회로(501)에 다가가고 있다.
자동차(500)는 전동기로부터 출력되는 기계 에너지를 사용하여 동작하는 구동륜(504)을 구동부에 갖는다. 그리고, 구동륜(504)이 회전 운동함으로써 자동차(500)를 추진시킬 수 있다. 본 실시형태에서는 도 12a에 도시한 바와 같이, 자동차가 추진하는 방향을 제한하기 위하여 구동륜(504)의 회전축의 방향을 고정하기 위한 가이드(503)를 급전 장치에 설치한다. 따라서, 구동륜(504)은 가이드(503)가 연장하여 설치된 방향을 따라 회전하면서 이동한다.
자동차(500)는 그 바닥 부분에 이동체용 안테나 회로(502)가 설치된다. 그리고, 자동차(500)의 바닥 부분에 형성된 이동체용 안테나 회로(502)는 자동차(500)가 화살표 방향을 따라 추진함으로써 최종적으로는 도 12b에 도시한 바와 같이, 급전 장치용 안테나 회로(501)에 인접한 상태가 된다.
본 실시형태와 같이, 가이드(503)를 사용함으로써 가이드(503)가 연설된 방향에서만 급전 장치용 안테나 회로(501)와 이동체용 안테나 회로(502)의 위치를 맞추면 좋다. 따라서, 위치 맞춤을 더 용이하게 행할 수 있다.
본 실시형태는 상기 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 6)
본 발명의 일 형태에 따른 이동체는 자동차(자동 2륜차, 3륜 이상의 자동차), 전동 어시스트 자전거를 포함한 원동기 장치 자전거, 항공기, 선박, 철도 차량 등 2차 전지에 축적된 전력을 사용하여 전동기에 의하여 추진하는 이동 수단이 그 범주에 포함된다.
도 13a에 본 발명의 이동체 중 하나인 모터 보트(1301)의 구성을 도시한다. 도 13a에는 모터 보트(1301)가 이동체용 안테나 회로(1302)를 그 선체의 측면부에 구비하는 경우를 예시한다. 모터 보트(1301)를 충전하기 위한 급전 장치는, 예를 들어, 항만에서 선박을 계류시키기 위한 계류 시설에 설치할 수 있다. 그리고, 계류 시설에서 안벽 등의 제방에 급전 장치용 안테나 회로(1303)를 설치함으로써 모터 보트(1301)를 계류시키는 동안에 전력의 낭비를 억제하면서 충전할 수 있다. 무선으로 충전할 수 있으면 충전할 때마다 2차 전지를 모터 보트(1301)로부터 떼어내는 시간과 노력을 줄일 수 있다.
도 13b에 본 발명의 이동체 중 하나인 전동 휠체어(1311)의 구성을 도시한다. 도 13b에는 전동 휠체어(1311)가 이동체용 안테나 회로(1312)를 그 바닥 부분에 구비한 경우를 예시한다. 전동 휠체어(1311)를 충전하기 위한 급전 장치가 갖는 급전 장치용 안테나 회로(1313)는 전동 휠체어(1311)가 재치(載置)되는 면(도로 등)에 설치할 수 있다. 그리고, 전동 휠체어가 정차하는 동안 전력의 낭비를 억제하면서 충전할 수 있다. 무선으로 충전할 수 있으면 충전할 때마다 2차 전지를 전동 휠체어(1311)로부터 떼어내는 시간과 노력을 줄일 수 있다. 또한, 충전에 이용되지 않고 급전 장치로부터 사방으로 방사되는 전파의 강도를 낮게 억제할 수 있으므로, 전동 휠체어(1311)를 충전할 때 이용자가 전동 휠체어(1311)에 앉은 채라도 누설 전파로 인한 건강 피해의 우려가 경감된다.
본 실시형태는 상기 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 7)
본 실시형태에서는 이동체에 사용되는 정류 회로의 구성과, 이동체의 각종 회로가 갖는 트랜지스터의 구성에 대하여 설명한다.
도 14a에 정류 회로 중 하나인 반파 정류 회로의 일례를 도시한다. 도 14a에 도시한 정류 회로는 트랜지스터(800)와 커패시터(803)를 갖는다. 트랜지스터(800)의 소스 전극과 드레인 전극은 어느 한쪽이 입력 단자(801)에 접속되고, 다른 쪽이 출력 단자(802)에 접속된다. 트랜지스터(800)가 갖는 게이트 전극은 입력 단자(801)에 접속된다. 커패시터(803)가 갖는 한 쌍의 전극은 한쪽이 출력 단자(802)에 접속되고, 다른 쪽이 그라운드(GND)에 접속된다.
도 14b에 정류 회로 중 하나인 반파 2배 전압 정류 회로의 일례를 도시한다. 도 14b에 도시한 정류 회로는 트랜지스터(810)와 트랜지스터(814)와 커패시터(813)를 갖는다. 트랜지스터(810)의 소스 전극과 드레인 전극은 어느 한쪽이 입력 단자(811)에 접속되고, 다른 쪽이 출력 단자(812)에 접속된다. 트랜지스터(810)가 갖는 게이트 전극은 입력 단자(811)에 접속된다. 트랜지스터(814)의 소스 전극과 드레인 전극은 어느 한쪽이 입력 단자(811)에 접속되고, 다른 쪽이 그라운드(GND)에 접속된다. 트랜지스터(814)가 갖는 게이트 전극은 그라운드(GND)에 접속된다. 커패시터(813)가 갖는 한 쌍의 전극은 한쪽이 출력 단자(812)에 접속되고, 다른 쪽이 그라운드(GND)에 접속된다.
또한, 이동체가 갖는 정류 회로는 도 14a 및 도 14b에 도시한 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 반파 4배 전압 정류 회로, 반파 6배 전압 정류 회로 등 반파 2배 전압 정류 회로 외의 반파 배 전압 정류 회로를 사용하여도 좋고, 전파 정류 회로를 사용하여도 좋다.
또한, 회로도상에서는 독립된 구성 요소끼리 접속되는 것처럼 도시된 경우라도 실제로는, 예를 들어, 배선의 일부분이 전극으로서도 기능하는 등 하나의 도전막이 복수의 구성 요소의 기능을 아울러 가질 뿐인 경우도 있다. 본 명세서에서 접속이란 이와 같이 하나의 도전막이 복수의 구성 요소의 기능을 아울러 갖는 경우도 그 범주에 포함한다.
또한, 트랜지스터가 갖는 소스 전극과 드레인 전극은 트랜지스터의 극성 및 각 전극에 인가되는 전위의 고저 차이에 따라 그 호칭이 바뀐다. 일반적으로, n채널형 트랜지스터에서는 낮은 전위가 인가되는 전극이 소스 전극이라고 불리고, 높은 전위가 인가되는 전극이 드레인 전극이라고 불린다. 또한, p채널형 트랜지스터에서는 낮은 전위가 인가되는 전극이 드레인 전극이라고 불리고, 높은 전위가 인가되는 전극이 소스 전극이라고 불린다. 본 명세서에서는 편의상 소스 전극과 드레인 전극이 고정되어 있는 것으로 가정하여 트랜지스터의 접속 관계를 설명하는 경우가 있지만, 실제로는 상술한 전위의 관계에 따라 소스 전극과 드레인 전극의 호칭이 바뀐다.
다음에, 정류 회로, 전원 회로, 신호 처리 회로, 변조 회로, 복조 회로, 선택 회로 등에 사용되는 트랜지스터의 구성에 대하여 설명한다. 본 발명의 일 형태에서는 상기 회로에 사용되는 트랜지스터의 구성은 특히 한정되지 않지만, 고내압, 대전류를 제어할 수 있는 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이동체가 사용되는 환경하의 온도 범위가 넓은 경우에는, 온도에 따른 특성 변화가 생기기 어려운 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다.
상술한 요건을 만족시키는 트랜지스터의 일례로서 실리콘 반도체보다 밴드 갭이 넓고, 진성 캐리어 밀도가 실리콘보다 낮은 탄화실리콘(SiC), 질화갈륨(GaN) 등의 화합물 반도체, 산화아연(ZnO) 등의 금속 산화물로 이루어진 산화물 반도체 등을 반도체 재료로서 사용한 트랜지스터를 들 수 있다. 그 중에서도 산화물 반도체는 스퍼터링법이나 습식법(인쇄법 등)에 의하여 제작할 수 있으므로 양산성이 뛰어난 이점을 갖는다. 또한, 탄화실리콘이나 질화갈륨은 단결정이 아니면 충분한 특성을 얻을 수 없고, 단결정으로 하기 위한 탄화실리콘의 프로세스 온도는 약 1500℃, 질화갈륨의 프로세스 온도는 약 1100℃이지만, 산화물 반도체의 성막 온도는 300℃ 내지 500℃(최대 700℃ 정도)로 낮으므로 단결정 실리콘 등의 반도체 재료를 사용한 집적 회로 위에 산화물 반도체로 이루어진 반도체 소자를 적층시킬 수도 있다. 또한, 기판의 대형화에도 대응할 수 있다. 따라서, 상술한 와이드 갭 반도체 중에서도 특히 산화물 반도체는 양산성이 높은 장점을 갖는다. 또한, 더 뛰어난 성능(예를 들어, 전계 효과 이동도)를 갖는 결정성 산화물 반도체도 450℃ 내지 800℃의 열 처리에 의하여 용이하게 얻을 수 있다.
전자 공여체(도너)가 되는 수분 또는 수소 등의 불순물이 저감되어 고순도화된 산화물 반도체(purified OS)는 i형 반도체(진성 반도체) 또는 i형에 극히 가까운 반도체다. 따라서, 상기 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는 특히 오프 전류 또는 누설 전류가 현저히 낮은 특성을 갖는다. 구체적으로는, 고순도화된 산화물 반도체는 2차 이온 질량 분석법(SIMS: Secondary Ion Mass Spectrometry)에 의한 수소 농도의 측정값이 5×1019/cm3 이하, 바람직하게는 5×1018/cm3 이하, 더 바람직하게는 5×1017/cm3 이하, 더 바람직하게는 1×1016/cm3 이하로 한다. 또한, 홀 효과 측정에 의하여 측정할 수 있는 산화물 반도체막의 캐리어 밀도는 1×1014/cm3 미만, 바람직하게는 1×1012/cm3 미만, 더 바람직하게는 1×1011/cm3 미만으로 한다. 또한, 산화물 반도체의 밴드 갭은 2eV 이상, 바람직하게는 2.5eV 이상, 더 바람직하게는 3eV 이상으로 한다. 수분 또는 수소 등의 불순물 농도가 충분히 저감되어 고순도화된 산화물 반도체막을 사용함으로써 트랜지스터의 오프 전류, 누설 전류를 낮출 수 있다.
여기서, 산화물 반도체막 중의 수소 농도의 분석에 대하여 언급한다. 산화물 반도체막 중 및 도전막 중의 수소 농도 측정은 SIMS에 의하여 행한다. SIMS는 그 원리상 시료 표면 근방이나 재질이 상이한 막과의 적층 계면 근방의 데이터를 정확히 얻기 어려운 것으로 알려져 있다. 그래서, 막 중의 수소 농도의 두께 방향의 분포를 SIMS에 의하여 분석하는 경우에는, 대상이 되는 막이 존재하는 범위에 있어서 값이 극단적으로 변동되지 않고 거의 일정한 값이 얻어지는 영역에서의 평균 값을 수소 농도로서 채용한다. 또한, 측정의 대상이 되는 막의 두께가 작은 경우에는, 인접한 막 내의 수소 농도의 영향을 받아 거의 일정한 값이 얻어지는 영역을 찾을 수 없을 경우가 있다. 이 경우에는, 상기 막이 존재하는 영역에서의 수소 농도의 극대값 또는 극소값을 상기 막 중의 수소 농도로서 채용한다. 또한, 상기 막이 존재하는 영역에서 극대값을 갖는 산 모양의 피크, 극소값을 갖는 골짜기 모양의 피크가 존재하지 않은 경우에는, 변곡점의 값을 수소 농도로서 채용한다.
구체적으로는, 고순도화된 산화물 반도체막을 활성층으로서 사용한 트랜지스터의 오프 전류가 낮은 것은 갖가지 실험에 의하여 증명할 수 있다. 예를 들어, 채널 폭이 1×106μm이고 채널 길이 10μm인 소자라도 소스 전극과 드레인 전극 사이의 전압(드레인 전압)이 1V 내지 10V인 범위에 있어서 오프 전류(게이트 전극과 소스 전극 사이의 전압을 0V 이하로 한 경우의 드레인 전류)가 반도체 파라미터 애널라이저의 측정 한계 이하, 즉 1×10-13A 이하인 특성을 얻을 수 있다. 이 경우에는, 오프 전류를 트랜지스터의 채널 폭으로 나눈 값에 상당하는 오프 전류 밀도는 100zA/μm 이하인 것을 알 수 있다. 또한, 커패시터와 트랜지스터(게이트 절연막의 두께는 100nm)를 접속하고 커패시터에 유입 또는 커패시터로부터 유출하는 전하를 상기 트랜지스터에 의하여 제어하는 회로를 사용한 실험에 있어서, 상기 트랜지스터로서 고순도화된 산화물 반도체막을 채널 형성 영역에 사용한 경우에, 커패시터의 단위 시간당 전하량의 추이에 의거하여 상기 트랜지스터의 오프 전류 밀도를 측정한 결과, 트랜지스터의 소스 전극과 드레인 전극 사이의 전압이 3V일 때 더 낮은 오프 전류 밀도 10zA/μm 내지 100zA/μm가 얻어지는 것을 알 수 있었다. 따라서, 고순도화된 산화물 반도체막을 활성층으로서 사용한 트랜지스터의 오프 전류 밀도를 소스 전극과 드레인 전극 사이의 전압에 따라서는 100zA/μm 이하, 바람직하게는 10zA/μm 이하, 더 바람직하게는 1zA/μm 이하로 할 수 있다. 따라서, 고순도화된 산화물 반도체막을 활성층으로서 사용한 트랜지스터는 결정성을 갖는 실리콘을 사용한 트랜지스터와 비교하여 오프 전류가 현저히 낮다.
변조 회로의 스위칭 소자 등 그 특성으로서 오프 전류가 낮은 것이 요구되는 소자에는 상기 산화물 반도체를 채널 형성 영역에 갖는 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 고순도화된 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는 오프 전류의 온도 의존성이 거의 나타나지 않는다. 이것은 산화물 반도체 중에서 전자 공여체(도너)가 되는 불순물을 제거하여 산화물 반도체가 고순도화됨으로써 도전형이 매우 진성형에 가까워져 페르미 준위가 금제대(禁制帶) 중앙에 위치하기 때문이라고 할 수 있다. 또한, 이것은 산화물 반도체의 에너지 갭이 3eV 이상이고 열 여기 캐리어가 극히 적은 것에 기인하기도 한다. 또한, 소스 전극 및 드레인 전극이 축퇴 상태에 있는 것도 온도 의존성이 나타나지 않는 요인이다. 트랜지스터는 축퇴된 소스 전극으로부터 산화물 반도체에 주입된 캐리어에 의하여 주로 동작하고, 캐리어 밀도에는 온도 의존성이 없는 것에 의거하여 오프 전류의 온도 의존성이 나타나지 않는 것을 설명할 수 있다.
또한, 산화물 반도체는 4원계 금속 산화물인 In-Sn-Ga-Zn-O계 산화물 반도체나, 3원계 금속 산화물인 In-Ga-Zn-O계 산화물 반도체, In-Sn-Zn-O계 산화물 반도체, In-Al-Zn-O계 산화물 반도체, Sn-Ga-Zn-O계 산화물 반도체, Al-Ga-Zn-O계 산화물 반도체, Sn-Al-Zn-O계 산화물 반도체나, 2원계 금속 산화물인 In-Zn-O계 산화물 반도체, Sn-Zn-O계 산화물 반도체, Al-Zn-O계 산화물 반도체, Zn-Mg-O계 산화물 반도체, Sn-Mg-O계 산화물 반도체, In-Mg-O계 산화물 반도체, In-Ga-O계 산화물 반도체나, In-O계 산화물 반도체, Sn-O계 산화물 반도체, Zn-O계 산화물 반도체 등을 사용할 수 있다. 또한, 본 명세서에서는, 예를 들어, In-Sn-Ga-Zn-O계 산화물 반도체란 인듐(In), 주석(Sn), 갈륨(Ga), 아연(Zn)을 포함하는 금속 산화물을 의미하고, 특히 그 화학량론적 조성비를 불문한다. 또한, 상기 산화물 반도체는 실리콘을 포함하여도 좋다.
또는, 산화물 반도체는 화학식 InMO3(ZnO)m(m>0)로 표기할 수 있다. 여기서, M은 Ga, Al, Mn, 및 Co 중에서 선택된 하나 또는 복수의 금속 원소를 나타낸다.
다음에, 실리콘을 사용한 트랜지스터 위에 형성된 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터의 구성을 도 15a 내지 도 15d에 도시한다. 또한, 실리콘은 박막의 반도체막이라도 좋고, 벌크의 반도체 기판이라도 좋다. 본 실시형태에서는 SOI(Silicon on Insulator) 기판을 사용하여 형성된 트랜지스터 위에 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터가 형성된 경우를 예로 들어 그 구성에 대하여 설명한다.
도 15a에서는 SOI 기판을 사용하여 형성된 트랜지스터(601)와, 트랜지스터(602)를 갖는다. 그리고, 트랜지스터(601)와 트랜지스터(602) 위에 산화물 반도체막을 사용한 채널 에치 구조의 보텀 게이트형 트랜지스터(610)가 형성된다.
트랜지스터(610)는 게이트 전극(611)과, 게이트 전극(611) 위의 게이트 절연막(612)과, 게이트 절연막(612) 위에서 게이트 전극(611)과 중첩되는 산화물 반도체막(613)과, 산화물 반도체막(613) 위에 형성된 한 쌍의 소스 전극(614) 또는 드레인 전극(615)을 갖는다. 또한, 트랜지스터(610)는 산화물 반도체막(613) 위에 형성된 절연막(616)을 그 구성 요소에 포함하여도 좋다. 트랜지스터(610)는 소스 전극(614)과 드레인 전극(615) 사이에서 산화물 반도체막(613)의 일부분이 노출된 채널 에치 구조이다.
또한, 트랜지스터(610)는 절연막(616) 위에 백 게이트 전극을 더 가져도 좋다. 백 게이트 전극은 산화물 반도체막(613)의 채널 형성 영역과 중첩되도록 형성한다. 백 게이트 전극은 전기적으로 절연된 부유 상태라도 좋고, 전위가 인가되는 상태라도 좋다. 후자의 경우는, 백 게이트 전극에는 게이트 전극(611)과 같은 레벨의 전위가 인가되어도 좋고, 그라운드 등의 고정 전위가 인가되어도 좋다. 백 게이트 전극에 인가되는 전위의 레벨을 제어함으로써 트랜지스터(610)의 임계 값 전압을 제어할 수 있다.
도 15b에서는 SOI 기판을 사용하여 형성된 트랜지스터(601)와, 트랜지스터(602)를 갖는다. 그리고, 트랜지스터(601)와 트랜지스터(602) 위에 산화물 반도체막을 사용한 채널 보호 구조의 보텀 게이트형 트랜지스터(620)가 형성된다.
트랜지스터(620)는 게이트 전극(631)과, 게이트 전극(631) 위의 게이트 절연막(632)과, 게이트 절연막(632) 위에서 게이트 전극(631)과 중첩되는 산화물 반도체막(633)과, 게이트 전극(631)과 중첩되는 위치에서 섬 형상의 산화물 반도체막(633) 위에 형성된 채널 보호막(634)과, 산화물 반도체막(633) 위에 형성된 소스 전극(635), 드레인 전극(636)을 갖는다. 또한, 트랜지스터(620)는 소스 전극(635), 드레인 전극(636) 위에 형성된 절연막(637)을 그 구성 요소에 포함하여도 좋다.
채널 보호막(634)을 설치함으로써 산화물 반도체막(633)의 채널 형성 영역이 되는 부분에 이후의 공정에서 데미지(에칭시의 플라즈마나 에칭제로 인한 막 감소)가 생기는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 트랜지스터의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
산소를 함유한 무기 재료를 채널 보호막(634)에 사용함으로써 수분 또는 수소를 저감시키기 위한 가열 처리에 의하여 산화물 반도체막(633) 중에 산소 결손이 발생되어 있더라도 산화물 반도체막(633)의 적어도 채널 보호막(634)과 접촉되는 영역에 산소를 공급함으로써 도너가 되는 산소 결손을 저감하여 화학량론적 조성비를 만족시키는 구성으로 할 수 있다. 따라서, 채널 형성 영역을 i형화 또는 실질적으로 i형화시킬 수 있기 때문에, 산소 결손으로 인한 트랜지스터의 전기 특성의 편차를 경감하고 전기 특성의 향상을 실현할 수 있다.
또한, 트랜지스터(620)는 절연막(637) 위에 백 게이트 전극을 더 가져도 좋다. 백 게이트 전극은 산화물 반도체막(633)의 채널 형성 영역과 중첩되도록 형성한다. 백 게이트 전극은 전기적으로 절연된 부유 상태라도 좋고, 전위가 인가되는 상태라도 좋다. 후자의 경우는, 백 게이트 전극에는 게이트 전극(631)과 같은 레벨의 전위가 인가되어도 좋고, 그라운드 등의 고정 전위가 인가되어도 좋다. 백 게이트 전극에 인가되는 전위의 레벨을 제어함으로써 트랜지스터(620)의 임계 값 전압을 제어할 수 있다.
도 15c에서는 SOI 기판을 사용하여 형성된 트랜지스터(601)와 트랜지스터(602)를 갖는다. 그리고, 트랜지스터(601)와 트랜지스터(602) 위에 산화물 반도체막을 사용한 보텀 콘택트형 트랜지스터(640)가 형성된다.
트랜지스터(640)는 게이트 전극(641)과, 게이트 전극(641) 위의 게이트 절연막(642)과, 게이트 절연막(642) 위의 소스 전극(643), 드레인 전극(644)과, 게이트 전극(641)과 중첩되는 산화물 반도체막(645)을 갖는다. 또한, 트랜지스터(640)는 산화물 반도체막(645) 위에 형성된 절연막(646)을 그 구성 요소에 포함하여도 좋다.
또한, 트랜지스터(640)는 절연막(646) 위에 백 게이트 전극을 더 가져도 좋다. 백 게이트 전극은 산화물 반도체막(645)의 채널 형성 영역과 중첩되도록 형성한다. 백 게이트 전극은 전기적으로 절연된 부유 상태라도 좋고, 전위가 인가되는 상태라도 좋다. 후자의 경우는, 백 게이트 전극에는 게이트 전극(641)과 같은 레벨의 전위가 인가되어도 좋고, 그라운드 등의 고정 전위가 인가되어도 좋다. 백 게이트 전극에 인가하는 전위의 레벨을 제어함으로써 트랜지스터(640)의 임계 값 전압을 제어할 수 있다.
도 15d에서는 SOI 기판을 사용하여 형성된 트랜지스터(601)와 트랜지스터(602)를 갖는다. 그리고, 트랜지스터(601)와 트랜지스터(602) 위에 산화물 반도체막을 사용한 톱 게이트형 트랜지스터(650)가 형성된다.
트랜지스터(650)는 소스 전극(651), 드레인 전극(652)과, 소스 전극(651), 드레인 전극(652) 위에 형성된 산화물 반도체막(653)과, 산화물 반도체막(653) 위의 게이트 절연막(654)과, 게이트 절연막(654) 위에서 산화물 반도체막(653)과 중첩되는 게이트 전극(655)을 갖는다. 또한, 트랜지스터(650)는 게이트 전극(655) 위에 형성된 절연막(656)을 그 구성 요소로 포함하여도 좋다.
또한, 상술한 모든 트랜지스터는 도면에서는 싱글 게이트 구조를 도시하지만, 전기적으로 접속된 복수의 게이트 전극을 갖는, 즉, 채널 형성 영역을 복수 개 갖는 멀티 게이트 구조의 트랜지스터라도 좋다.
본 실시형태는 상기 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
100: 이동체
101: 수전 장치부
102: 이동체용 안테나 회로
103: 신호 처리 회로
104: 2차 전지
105: 정류 회로
106: 변조 회로
107: 전원 회로
108: 복조 회로
110: 전원 부하부
111: 전동기
112: 구동부
113: 연소 기관
114: 원동기
115: 출력 장치
116: 입력 장치
200: 급전 장치
201: 급전 장치용 안테나 회로
202: 신호 처리 회로
203: 정류 회로
204: 변조 회로
205: 복조 회로
206: 발진 회로
300: 자동차
301: 급전 장치용 안테나 회로
302: 이동체용 안테나 회로
303: 급전 장치용 안테나
304: 이동체용 안테나
305: 최적 에어리어
401: 안테나
402: 커패시터
403: 입력 단자
404: 입력 단자
410: 도체
411: 패치 소자
412: 패치 소자
413: 배선
500: 자동차
501: 급전 장치용 안테나 회로
502: 이동체용 안테나 회로
503: 가이드
601: 트랜지스터
602: 트랜지스터
610: 트랜지스터
611: 게이트 전극
612: 게이트 절연막
613: 산화물 반도체막
614: 소스 전극
615: 드레인 전극
616: 절연막
620: 트랜지스터
631: 게이트 전극
632: 게이트 절연막
633: 산화물 반도체막
634: 채널 보호막
635: 소스 전극
636: 드레인 전극
637: 절연막
640: 트랜지스터
641: 게이트 전극
642: 게이트 절연막
643: 소스 전극
644: 드레인 전극
645: 산화물 반도체막
646: 절연막
650: 트랜지스터
651: 소스 전극
652: 드레인 전극
653: 산화물 반도체막
654: 게이트 절연막
655: 게이트 전극
656: 절연막
800: 트랜지스터
801: 입력 단자
802: 출력 단자
803: 커패시터
810: 트랜지스터
811: 입력 단자
812: 출력 단자
813: 커패시터
814: 트랜지스터
1301: 모터 보트
1302: 이동체용 안테나 회로
1303: 급전 장치용 안테나 회로
1311: 전동 휠체어
1312: 이동체용 안테나 회로
1313: 급전 장치용 안테나 회로

Claims (35)

  1. 이동체로서,
    급전 장치로부터 순차로 발신되는 제1 전파와 제2 전파로부터 각각 제1 전기 신호와 제2 전기 신호를 생성하는 안테나 회로와;
    상기 제1 전기 신호를 사용하여 상기 안테나 회로와 상기 급전 장치 사이의 위치 관계에 관한 정보를 추출하는 신호 처리 회로와;
    상기 제2 전기 신호를 사용하여 전기 에너지를 축적하는 2차 전지와;
    상기 2차 전지로부터 상기 전기 에너지를 수신하는 전동기를 포함하는, 이동체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 회로는 스타트 신호에 따라 생성된 제3 전파를 상기 급전 장치에 발신하는, 이동체.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 이동체로서,
    급전 장치로부터 순차로 발신되는 제1 전파와 제2 전파로부터 각각 제1 전기 신호와 제2 전기 신호를 생성하는 안테나 회로와;
    상기 제1 전기 신호를 사용하여 상기 안테나 회로와 상기 급전 장치 사이의 위치 관계에 관한 정보를 추출하고, 상기 정보에 따라 상기 제2 전파의 발신을 상기 급전 장치에 지시하는 제3 전기 신호를 생성하는 신호 처리 회로와;
    상기 제2 전기 신호를 사용하여 전기 에너지를 축적하는 2차 전지와;
    상기 2차 전지로부터 상기 전기 에너지를 수신하는 전동기를 포함하고,
    상기 안테나 회로는 상기 제3 전기 신호로부터 제3 전파를 생성하는, 이동체.
  8. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 안테나 회로는 나선(spiral) 형상의 도체를 포함한 안테나와, 커패시터를 포함하는, 이동체.
  9. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    일정 주파수를 갖는 신호를 생성하는 발진 회로와;
    스타트 신호와 상기 일정 주파수를 갖는 상기 신호에 따라 상기 안테나 회로에 전압을 인가하는 변조 회로를 더 포함하고,
    상기 스타트 신호는 상기 신호 처리 회로에서 생성되는, 이동체.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 안테나 회로는 스타트 신호에 따라 생성된 제4 전파를 상기 급전 장치에 발신하는, 이동체.
  11. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 추출된 정보를 출력하는 출력 장치를 더 포함하는, 이동체.
  12. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 이동체는 자동차, 원동기 장치 자전거, 항공기, 선박, 및 철도 차량으로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 하나인, 이동체.
  13. 무선 급전 시스템으로서,
    제1 안테나 회로를 포함하는 급전 장치와;
    이동체를 포함하고,
    상기 이동체는
    상기 제1 안테나 회로로부터 순차로 발신되는 제1 전파와 제2 전파로부터 각각 제1 전기 신호와 제2 전기 신호를 생성하는 제2 안테나 회로와;
    상기 제1 전기 신호를 사용하여 상기 제1 안테나 회로와 상기 제2 안테나 회로 사이의 위치 관계에 관한 정보를 추출하는 신호 처리 회로와;
    상기 제2 전기 신호를 사용하여 전기 에너지를 축적하는 2차 전지와;
    상기 2차 전지로부터 상기 전기 에너지를 수신하는 전동기
    를 포함하는, 무선 급전 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 안테나 회로 또는 상기 제2 안테나 회로는 나선 형상의 도체를 포함한 안테나와, 커패시터를 포함하는, 무선 급전 시스템.
  15. 무선 급전 시스템으로서,
    제1 안테나 회로를 포함하는 급전 장치와;
    이동체를 포함하고,
    상기 이동체는
    상기 제1 안테나 회로로부터 순차로 발신되는 제1 전파와 제2 전파로부터 각각 제1 전기 신호와 제2 전기 신호를 생성하는 제2 안테나 회로와;
    상기 제1 전기 신호를 사용하여 상기 제1 안테나 회로와 상기 제2 안테나 회로 사이의 위치 관계에 관한 정보를 추출하고, 상기 정보에 따라 상기 제2 전파의 발신을 상기 급전 장치에 지시하는 제3 전기 신호를 생성하는 신호 처리 회로와;
    상기 제2 전기 신호를 사용하여 전기 에너지를 축적하는 2차 전지와;
    상기 2차 전지로부터 상기 전기 에너지를 수신하는 전동기
    를 포함하고,
    상기 제2 안테나 회로는 상기 제3 전기 신호로부터 제3 전파를 생성하는, 무선 급전 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 안테나 회로 또는 상기 제2 안테나 회로는 나선 형상의 도체를 포함한 안테나와, 커패시터를 포함하는, 무선 급전 시스템.
  17. 무선 급전 방법으로서,
    급전 장치로부터 발신된 제1 전파를 이동체에서 전기 신호로 변환하는 단계와;
    상기 급전 장치의 안테나 회로와 상기 이동체의 안테나 회로 사이의 위치 관계에 관한 정보를 상기 전기 신호로부터 추출하는 단계와;
    상기 정보에 의거하여 상기 위치 관계를 수정한 후, 상기 급전 장치로부터 제2 전파를 발신하는 단계와;
    상기 제2 전파를 사용하여 상기 이동체의 2차 전지를 충전하는 단계를 포함하는, 무선 급전 방법.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 무선 급전 방법으로서,
    급전 장치로부터 발신된 제1 전파를 이동체에서 전기 신호로 변환하는 단계와;
    상기 급전 장치의 안테나 회로와 상기 이동체의 안테나 회로 사이의 위치 관계에 관한 정보를 상기 전기 신호로부터 추출하는 단계와;
    상기 정보에 의거하여 상기 이동체의 위치 또는 방향을 변경함으로써, 상기 위치 관계를 수정한 후, 상기 급전 장치로부터 제2 전파를 발신하는 단계와;
    상기 제2 전파를 사용하여 상기 이동체의 2차 전지를 충전하는 단계를 포함하는, 무선 급전 방법.
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 무선 급전 방법으로서,
    급전 장치로부터 발신된 제1 전파를 이동체에서 전기 신호로 변환하는 단계와;
    상기 급전 장치의 안테나 회로와 상기 이동체의 안테나 회로 사이의 위치 관계에 관한 정보를 상기 전기 신호로부터 추출하는 단계와;
    상기 정보에 의거하여 상기 급전 장치의 위치 또는 방향을 변경함으로써, 상기 위치 관계를 수정한 후, 상기 급전 장치로부터 제2 전파를 발신하는 단계와;
    상기 제2 전파를 사용하여 상기 이동체의 2차 전지를 충전하는 단계를 포함하는, 무선 급전 방법.
  28. 제17항, 제22항 및 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동체의 신호 처리 회로에서 스타트 신호를 생성하는 단계와;
    상기 이동체의 발진 회로에서 일정 주파수를 갖는 신호를 생성하는 단계와;
    변조 회로에서 상기 스타트 신호와 상기 일정 주파수를 갖는 상기 신호에 따라 상기 안테나 회로에 전압을 인가하는 단계를 더 포함하는, 무선 급전 방법.
  29. 제17항, 제22항 및 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    스타트 신호에 따라 생성된 제3 전파를 상기 안테나 회로에 의하여 상기 급전 장치에 발신하는 단계를 더 포함하는, 무선 급전 방법.
  30. 제17항, 제22항 및 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동체의 출력 장치에 의하여 상기 추출된 정보를 출력하는 단계를 더 포함하는, 무선 급전 방법.
  31. 제17항, 제22항 및 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동체는 자동차, 원동기 장치 자전거, 항공기, 선박, 및 철도 차량으로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 하나인, 무선 급전 방법.
  32. 수전 장치로서,
    급전 장치로부터 순차로 발신되는 제1 전파와 제2 전파로부터 각각 제1 전기 신호와 제2 전기 신호를 생성하는 안테나 회로와;
    상기 제1 전기 신호를 사용하여 상기 안테나 회로와 상기 급전 장치 사이의 위치 관계에 관한 정보를 추출하는 신호 처리 회로와;
    상기 제2 전기 신호를 사용하여 전기 에너지를 축적하는 2차 전지와;
    일정 주파수를 갖는 신호를 생성하는 발진 회로와;
    스타트 신호와 상기 일정 주파수를 갖는 상기 신호에 따라 상기 안테나 회로에 전압을 인가하는 변조 회로를 포함하고,
    상기 스타트 신호는 상기 신호 처리 회로에서 생성되는, 수전 장치.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 안테나 회로는 나선 형상의 도체를 포함한 안테나와, 커패시터를 포함하는, 수전 장치.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 안테나 회로는 상기 스타트 신호에 따라 생성된 제3 전파를 상기 급전 장치에 발신하는, 수전 장치.
  35. 제32항에 있어서,
    상기 추출된 정보를 출력하는 출력 장치를 더 포함하는, 수전 장치.
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