KR20120023541A - 무선 급전 시스템, 및 무선 급전 방법 - Google Patents

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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

수전측의 급전 이용자에게 있어 보다 편리성이 높은 급전 시스템, 급전 방법을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다. 급전을 행하는 측(송전측)의 급전 제공자(사업자)에게 있어서도, 전력을 낭비 없이 공급할 수 있는 급전 시스템, 급전 방법을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
수전체에 무선에 의해 전력을 공급하는 급전 장치는, 수전체로부터 위치 및 공명 주파수 검출용 신호를 수신하여 수전체의 위치 및 공명 주파수를 검출하고, 이 정보에 기초하여, 수전체에 송신하는 전력 신호의 주파수를 제어한다. 송전하는 전력 신호로서, 베이스 캐리어(제 1 신호)와 공명 주파수에 기초하여 생성하는 변환용 캐리어(제 2 신호)를 믹서에 의해 곱하여 생성한 다른 주파수의 2개의 신호를 이용한다.

Description

무선 급전 시스템, 및 무선 급전 방법{WIRELESS POWER FEEDING SYSTEM AND WIRELESS POWER FEEDING METHOD}
본 발명은, 무선 급전 시스템, 및 무선 급전 방법에 관한 것이다.
근년, 전기를 원동력으로 하는 전자 디바이스는, 휴대전화, 노트형의 퍼스널 컴퓨터 등의 모바일 기기로 대표되는 바와 같이, 휴대하여 이용하는 것이 많다.
또한, 환경면에서도 깨끗하고 안전하다는 관점에서, 전기를 원동력으로 하는 자전거나 자동차 등의 이동 수단이 개발되고 있다.
이와 같이 휴대하는 곳에서, 또는 이동하면서 이용하는 전자 디바이스나 이동 수단에서는, 각호에 배전되어 있는 상용 전원으로부터 항상 유선으로 전력을 공급하는 것은 곤란하다. 따라서, 휴대용 전자 디바이스나 이동 수단은 미리 상용 전원으로부터 전력을 충전한 배터리를 탑재하고, 이 배터리로부터 전력을 공급하는 것에 의해 동작한다.
따라서, 전자 디바이스의 동작 시간은 배터리의 축전량에 의해 제한되고, 이용자는 연속하여 장시간 이용하기 위해서는, 예비의 배터리를 준비하거나, 이동지에서 배터리를 재충전할 수 있는 상용 전원을 찾을 필요가 있었다.
따라서, 상용 전원이 없는 경우에도 배터리에 급전이 행해지도록, 비접촉 방식에 의한 급전 시스템이 제안되고, 장애물의 과제 등도 고려한, 보다 고효율의 급전 시스템이 연구되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본국 특개 2010-119246호 공보
그러나, 비접촉 방식에 의한 급전 시스템에 있어서는, 비접촉이기 때문에 전력을 받는 측(수전측)인 급전 이용자의 특정이나 관리, 수전체로의 전력의 공급량의 제어 등이 곤란하다는 과제가 있다.
따라서, 수전측의 급전 이용자에게 있어 보다 편리성이 높은 급전 시스템, 급전 방법을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
급전을 행하는 측(송전측)의 급전 제공자(사업자)에게 있어서도, 전력을 낭비 없이 공급할 수 있는 급전 시스템, 급전 방법을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
수전측의 급전 이용자의 특정이나 관리, 수전체로의 전력의 공급량의 적정한 제어를 행하는 것에 의해, 이용자 및 제공자 쌍방에 있어서 효율이 좋은 급전 서비스를 가능하게 하는 급전 시스템, 급전 방법을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
급전 장치와 수전체에서 행해지는 무선 급전에 있어서, 수전체는 급전 장치에 주파수가 다른 복수의 신호를 이용한 위치 및 공명 주파수 검출용 신호를 송신하고, 급전 장치는 수신한 위치 및 공명 주파수 검출용 신호로부터 수전체가 고유한 공명 주파수를 검출하고, 이 정보에 기초하여, 수전체에 송신하는 전력 신호(송전하는 전력 신호라고도 함)의 주파수를 제어한다. 송신하는 전력 신호로서 급전 장치의 기준이 되는 주파수의 신호인 베이스 캐리어(제 1 신호라고도 함)와, 공명 주파수에 기초하여 베이스 캐리어를 변환하는 신호인 베이스 캐리어 변환용 캐리어(제 2 신호, 간단히 변환용 캐리어라고도 함)를 믹서에 의해 곱하여 생성하는 주파수가 다른 2개의 신호를 이용한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 급전 장치의 기준이 되는 주파수의 신호인 베이스 캐리어를 제 1 신호, 이 베이스 캐리어를 생성하는 베이스 캐리어 전원 회로를 제 1 전원 회로, 베이스 캐리어 발진 회로를 제 1 발진 회로라고도 하고, 공명 주파수에 기초하여 생성되는 변환용 캐리어를 제 2 신호, 이 변환용 캐리어를 생성하는 변환용 캐리어 전원 회로를 제 2 전원 회로, 변환용 캐리어 발진 회로를 제 2 발진 회로라고도 한다.
또한, 급전 장치는 수전체의 식별 정보를 수신함으로써, 수전체를 식별하여 관리할 수도 있다.
이하에 있어서, 본 명세서에 개시하는 무선 급전의 수단을 간단하게 설명한다. 무선 급전의 일례로 안테나를 이용한 급전 방법이 있다. 어느 정해진 안테나 형상에 대해서는, 급전 장치로부터 수전체에 급전되는 전력의 전송 효율은 송신하는 전력 신호의 주파수, 급전 장치와 수전체 사이의 거리, 및 수전체가 고유하게 가지는 공명 주파수 등에 의존한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 급전 장치와 수전체 사이의 거리는, 급전 장치에 설치되는 안테나와 수전체의 안테나와의 거리이다.
송신하는 전력 신호의 주파수를 어느 임의의 고정값(f0)으로 한 경우, 급전 장치로부터 수전체에 급전되는 전력의 전송 효율은 급전 장치와 수전체 사이의 어느 거리(dMAX(0))에서 최대값을 나타낸다.
또한, 급전 장치로부터 수전체에 급전되는 전력의 전송 효율이 최대값을 나타내는 거리(dMAX)는 송신하는 전력 신호의 주파수(f)의 값에 따라 다르고, 각각의 전력 신호의 주파수(f)에서 고유의 거리(dMAX)를 가진다.
따라서, 급전 장치와 수전체 사이의 거리를 임의의 고정값(d0)으로 한 경우, 급전 장치로부터 수전체에 급전되는 전력의 전송 효율이 최대값을 나타내는 송신하는 전력 신호의 주파수(fMAX(0))를 결정할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 급전 장치와 수전체 사이의 거리(da)에 대하여, 전력의 전송 효율이 최대가 되는 fMAX(a)를 공명 주파수로서 정의한다.
본 명세서에 개시하는 무선 급전 방법에 있어서, 수전체는 급전 장치에 주파수가 다른 복수의 신호를 송신한다. 급전 장치는 수전체로부터 송신된 주파수가 다른 복수의 신호를 수신한다. 그리고, 급전 장치는 수신한 주파수가 다른 복수의 신호의 각각의 강도를 검지하여, 강도가 큰 신호의 주파수를 판별한다.
여기서, 강도가 큰 신호의 주파수란, 전압 진폭이 큰 신호의 주파수라고 바꿔 말할 수 있다. 즉, 강도가 가장 큰 신호의 전압 진폭은 가장 크고, 그 강도가 가장 큰 신호의 주파수가 공명 주파수라는 것이 된다.
또한, 급전 장치는 수신한 주파수가 다른 복수의 신호로부터, 각 신호의 강도를 판별함과 동시에, 주파수와 강도로부터 수전체의 위치도 파악할 수 있다. 수전체의 위치는 급전 장치와 수전체의 거리라고 바꿔 말할 수 있다.
급전 장치가 공명 주파수를 파악하면, 급전 장치는 수전체로, 그 공명 주파수에서 전력 신호를 송신한다.
또한, 급전 장치와 수전체의 거리가 짧으면, 급전할 수 있는 전력 강도가 강해지기 때문에, 급전 효율도 향상된다. 상기 공명 주파수는 급전 장치와 수전체와의 거리에 따라서는(특히, 거리가 짧아지는 경우), 주파수가 다른 2개의 공명 주파수가 검출된다.
수전체로 송신하는 전력 신호를, 주파수가 다른 2개의 공명 주파수 각각에 대응시킨 2개의 신호를 포함하는 신호로 하기 위해, 급전 장치의 기준이 되는 주파수의 신호인 베이스 캐리어(fb)와, 이 검출된 공명 주파수에 기초하여 생성되는 베이스 캐리어를 변환하는 변환용 캐리어(Δfα)를 믹서에 의해 곱하여, 공명 주파수에 대응한 주파수가 다른 2개의 신호(fb±Δfα)를 생성한다.
급전 장치는 전력 전송 효율이 높은 최적의 주파수로 수전체에 전력 신호를 송신하는 것에 의해, 전력을 낭비 없이 수전체에 공급할 수 있다.
수전체 및 급전 장치는 서로로부터 발신되는 전자파를 송수신하는 송수신 회로부와 송수신하는 전자파의 전기 신호를 처리하는 신호 처리 회로부를 가지고, 수전체의 신호 처리 회로부는 급전 장치로부터 수전하는 전력을 제어하는 수전 제어 기능을 구비하고, 급전 장치의 신호 처리 회로부는 급전 장치와 수전체의 거리 및 공명 주파수를 파악하기 위한 기능인 위치 및 공명 주파수 검출 기능과, 수전체에 송신하는 전력을 제어하기 위한 기능인 송전 제어 기능을 구비한다.
수전체는 수전 장치부와 전원 부하부를 가지고, 수전 장치부의 축전부에 축적된 전력을 이용하여 전원 부하부를 동작시킬 수 있다. 본 명세서에 있어서 수전체란, 수전한 전력을 원동력으로 하여 동작하는 물체를 가리키고, 휴대전화 등의 휴대용 전자 디바이스나, 전력을 이용하여 전동기에 의해 움직이는 이동 수단(자동차, 원동기가 부착된 자전거, 항공기, 선박, 철도 차량) 등을 포함한다.
본 명세서에 개시하는 급전 시스템의 일 형태는, 급전 장치와, 수전 장치부를 포함하는 수전체를 가지고, 급전 장치는 전자파를 송수신하는 급전 장치용 송수신 회로부와, 급전 장치용 송수신 회로부가 송수신하는 전자파의 전기 신호를 처리하는 급전 장치용 신호 처리 회로부와, 수전체에 송신하는 전력을 공급하는 전원부가 형성되고, 급전 장치용 신호 처리 회로부는 수전체의 위치 및 공명 주파수를 검출하는 위치 및 공명 주파수 검출 기능과, 수전체에 송신하는 전력을 제어하는 송전 제어 기능을 가지고, 급전 장치용 송수신 회로부는 안테나 회로, 정류 회로, 믹서, 복조 회로, 제 1 발진 회로, 제 1 전원 회로, 제 2 발진 회로, 및 제 2 전원 회로를 포함하고, 수전 장치부는 전자파를 송수신하는 수전 장치부용 송수신 회로부와, 수전 장치부용 송수신 회로부가 송수신하는 전자파의 전기 신호를 처리하는 수전 장치부용 신호 처리 회로부와, 급전 장치로부터 송신된 전력을 축적하고, 전원 부하부가 소비하는 전력을 공급하는 2차 전지를 포함하는 축전부가 형성되고, 수전 장치부용 신호 처리 회로부는 급전 장치로부터 수전하는 전력을 제어하는 수전 제어 기능을 가지고, 믹서는 제 1 전원 회로 및 제 1 발진 회로로 생성되는 제 1 신호와, 제 2 전원 회로 및 제 2 발진 회로로 생성되는 제 2 신호를 곱한다.
본 명세서에 개시하는 급전 시스템의 다른 일 형태는, 급전 장치와, 수전 장치부를 포함하는 수전체를 가지고, 급전 장치는 전자파를 송수신하는 급전 장치용 송수신 회로부와, 급전 장치용 송수신 회로부가 송수신하는 전자파의 전기 신호를 처리하는 급전 장치용 신호 처리 회로부와, 수전체에 송신하는 전력을 공급하는 전원부가 형성되고, 급전 장치용 신호 처리 회로부는 수전체의 위치 및 공명 주파수를 검출하는 위치 및 공명 주파수 검출 기능과, 수전체로 송신하는 전력을 제어하는 송전 제어 기능을 가지고, 급전 장치용 송수신 회로부는 안테나 회로, 정류 회로, 믹서, 복조 회로, 제 1 발진 회로, 제 1 전원 회로, 제 2 발진 회로, 및 제 2 전원 회로를 포함하고, 수전 장치부는 전자파를 송수신하는 수전 장치부용 송수신 회로부와, 수전 장치부용 송수신 회로부가 송수신하는 전자파의 전기 신호를 처리하는 수전 장치부용 신호 처리 회로부와, 급전 장치로부터 송신된 전력을 축적하고, 전원 부하부가 소비하는 전력을 공급하는 2차 전지를 포함하는 축전부와, 2차 전지의 전압, 전류, 또는 전압 및 전류를 검출하는 검출부가 형성되고, 수전 장치부용 신호 처리 회로부는 급전 장치로부터 수전하는 전력을 제어하는 수전 제어 기능을 가지고, 믹서는 제 1 전원 회로 및 제 1 발진 회로로 생성되는 제 1 신호와, 제 2 전원 회로 및 제 2 발진 회로로 생성되는 제 2 신호를 곱한다.
상기 구성에 있어서, 수전 장치부용 송수신 회로부는 안테나 회로, 정류 회로, 변조 회로, 복조 회로, 발진 회로, 및 전원 회로를 포함하는 구성으로 할 수 있다.
상기 구성에 있어서, 수전체는 수전 장치부용 신호 처리 회로부에 의해 판독되는 식별 정보를 기억하는 메모리부를 가지고, 급전 장치용 신호 처리 회로부는 식별 정보를 식별하는 식별 기능을 가지는 구성으로 할 수 있다.
본 명세서에 개시하는 급전 방법의 일 형태는, 급전 장치가 수전체로부터의 위치 및 공명 주파수 검출용 신호를 수신하고, 수전체의 위치 및 공명 주파수를 검출하는 제 1 스텝과, 수전체의 위치 및 공명 주파수에 기초하여 제 1 신호와 제 2 신호를 곱하여 송신하는 전력 신호의 주파수를 조정하여, 수전체에 전력을 송신하는 제 2 스텝과, 송신된 전력을 수전하고, 축전부의 2차 전지에 축적하는 제 3 스텝을 가지고, 급전 장치로부터 송신하는 전력 신호는 주파수가 다른 2개의 신호이다.
수전체는 위치 및 공명 주파수 검출용 신호로서, 주파수가 다른 복수의 신호를 송신하고, 급전 장치는 이 주파수가 다른 복수의 신호를 수신하고, 주파수가 다른 복수의 신호 각각의 강도를 검지하여 수전체의 위치 및 공명 주파수를 검출할 수 있다.
또한, 수전체는 2차 전지의 전압, 전류, 또는 전압 및 전류를 검출하고, 이 검출 정보에 따라, 급전 장치에 급전 요구 신호 또는 수전 종료 신호를 송신하는 구성으로 해도 좋다.
또한, 상기 구성에 있어서, 수전체의 위치 및 공명 주파수를 검출하는 제 1 스텝 전에, 수전체의 식별 정보를 급전 장치가 인식하는 스텝을 행하여도 좋다.
급전 장치와 수전체의 급전에 있어서, 수전체의 위치 및 공명 주파수 정보에 기초하여 전력 전송 효율이 높은 최적의 주파수로 수전체에 전력 신호를 송신하기 때문에, 전력을 낭비 없이 수전체에 공급할 수 있다.
따라서, 급전 이용자에게 있어 보다 편리성이 높은 급전 시스템, 급전 방법을 제공할 수 있다.
급전을 행하는 측(송전측)의 급전 제공자(사업자)에게 있어서, 전력을 낭비 없이 수전체로 공급할 수 있는 급전 시스템, 급전 방법을 제공할 수 있다.
수전측의 급전 이용자의 특정이나 관리, 수전체로의 전력의 공급량의 적정한 제어를 행하는 것에 의해, 이용자 및 제공자 쌍방에 있어서 효율이 좋은 급전 서비스를 가능하게 하는 급전 시스템, 급전 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법의 일 형태를 설명하는 도면.
도 2는 전기 신호의 주파수와 강도의 관계를 설명하는 도면.
도 3은 무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법의 일 형태를 설명하는 도면.
도 4는 무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법의 일 형태를 설명하는 도면.
도 5는 무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법의 일 형태를 설명하는 도면.
도 6은 무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법의 일 형태를 설명하는 도면.
도 7은 무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법의 일 형태를 설명하는 도면.
도 8은 무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법의 일 형태를 설명하는 도면.
도 9는 무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법의 일 형태를 설명하는 도면.
도 10은 수전체의 일 형태를 설명하는 도면.
이하에서는, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 이용하여 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 그 형태 및 상세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명은 이하에 나타낸 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
또한, 제 1, 제 2, 또는 제 3으로서 붙여지는 서수사는 편의상 이용하는 것으로서, 공정순 또는 적층순을 나타내는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에서 발명을 특정하기 위한 사항으로서 고유의 명칭을 나타내는 것은 아니다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는, 무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법의 일 형태를 도 1 내지 4를 이용하여 설명한다.
도 1은 본 실시형태에서의 무선 급전 시스템을 구성하는 급전 장치 및 수전체의 구성 요소를 기능마다 별도 블록으로서 나타낸다. 그러나, 구성 요소와 기능은 반드시 일대일의 관계라고는 할 수 없고, 복수의 구성 요소와 복수의 기능이 관계하여 급전 시스템으로서 동작하는 일도 있다.
도 1에 나타낸 무선 급전 시스템에서는, 급전 장치(20)와 수전체(10)는 무선(전자파)에 의해 신호를 송수신하여, 급전 장치(20)로부터 수전체(10)에 비접촉으로 전력을 공급한다.
급전 장치(20)는 전자파를 송수신하는 송수신 회로부(210), 송수신하는 전자파의 전기 신호를 처리하는 신호 처리 회로부(220), 및 수전체(10)에 송신하는 전력을 공급하는 전원부(230)를 가진다.
송수신 회로부(210)는 안테나 회로(211), 정류 회로(212), 믹서(213), 복조 회로(214), 베이스 캐리어(fb) 발진 회로(215), 베이스 캐리어(fb) 전원 회로(216), 변환용 캐리어(Δfα) 발진 회로(218), 변환용 캐리어(Δfα) 전원 회로(219)를 포함한다.
베이스 캐리어(fb) 발진 회로(215) 및 베이스 캐리어(fb) 전원 회로(216)는 급전 장치(20)의 기준이 되는 주파수의 신호인 베이스 캐리어(fb)를 생성하는 회로이며, 베이스 캐리어(fb)를 제 1 신호로 하면, 제 1 발진 회로, 제 1 전원 회로라고도 할 수 있다.
또한, 변환용 캐리어(Δfα) 발진 회로(218) 및 변환용 캐리어(Δfα) 전원 회로(219)는 공명 주파수에 기초하여 베이스 캐리어를 변환하는 신호인 베이스 캐리어 변환용 캐리어(Δfα)를 생성하는 회로이며, 베이스 캐리어 변환용 캐리어(Δfα)를 제 2 신호로 하면, 제 2 발진 회로, 제 2 전원 회로라고도 할 수 있다.
안테나 회로(211)에 의해 수신된 전자파(신호)는 안테나 회로(211)에 의해 전기 신호로 변환되고, 정류 회로(212)에서 정류된다. 정류된 신호는 복조 회로(214)에서 복조된 후, 신호 처리 회로부(220)로 보내진다.
신호 처리 회로부(220)로부터의 공명 주파수 정보에 기초한 제어 신호에 의해, 변환용 캐리어(Δfα) 발진 회로(218) 및 변환용 캐리어(Δfα) 전원 회로(219)에서 베이스 캐리어를 변환하는 신호인 베이스 캐리어 변환용 캐리어(Δfα)가 생성된다. 변환용 캐리어(Δfα)를 베이스 캐리어(fb) 전원 회로(216) 및 베이스 캐리어(fb) 발진 회로(215)에서 생성된 베이스 캐리어(fb)와 믹서(213)에 의해 곱하여, 공명 주파수에 대응한 주파수가 다른 2개의 신호(fb±Δfα)를 생성한다. 공명 주파수에 대응한 주파수가 다른 2개의 신호(fb±Δfα)는 안테나 회로(211)로부터 수전체(10)로 송신된다.
송신용의 신호가 송전용의 전력 신호인 경우, 신호 처리 회로부(220)는 전원부(230)로부터 전력을 얻는다. 전원부(230)는 수전체(10)에 전력을 공급하기 때문에, 전력 공급망이나 발전 시스템과 접속되어 있다.
수전체(10)는 수전 장치부(100)와 전원 부하부(150)를 가지고, 수전 장치부(100)는 전자파를 송수신하는 송수신 회로부(110), 송수신하는 전자파의 전기 신호를 처리하는 신호 처리 회로부(120), 메모리부(140), 급전 장치(20)로부터 송신된 전력을 축적하는 2차 전지(131)를 포함하는 축전부(130)를 가진다.
송수신 회로부(110)는 안테나 회로(111), 정류 회로(112), 변조 회로(113), 복조 회로(114), 발진 회로(115), 및 전원 회로(116)를 포함한다.
안테나 회로(111)에 의해 수신된 전자파(신호)는 안테나 회로(111)에 의해 전기 신호로 변환되고, 정류 회로(112)에서 정류된다. 정류된 신호는 복조 회로(114)에서 복조된 후, 신호 처리 회로부(120)로 보내진다. 한편, 신호 처리 회로부(120)에서 생성된 송신용의 신호는 발진 회로(115)에서 생성된 일정한 주파수의 신호에 따라, 변조 회로(113)가 안테나 회로(111)에 전압을 인가함으로써, 안테나 회로(111)로부터 전자파(신호)가 급전 장치(20)로 송신된다. 또한, 발진 회로(115)가 발신하는 신호의 주파수는 전원 회로(116)에 의해 조정된다.
수신된 전자파가 수전용의 전자파인 경우, 안테나 회로(111)에 의해 전기 신호로 변환되어, 정류 회로(112)에 의해 정류된 후, 신호 처리 회로부(120)를 거쳐 축전부(130)의 2차 전지(131)에 전력(전기 에너지)으로서 축적된다.
2차 전지(131)는 축전 수단이며, 예를 들면, 납 축전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 등을 이용할 수 있다.
또한, 도 1에 나타낸 블럭도에서, DC-DC 컨버터를 적절히 형성할 수 있다. 또한, 축전부(130)에, 전원 회로나 2차 전지(131)의 과충전을 방지하도록 이 전원 회로의 동작을 제어하는 과충전 제어 회로를 적절히 설치해도 좋고, 전원 회로에 의해, 2차 전지(131)에 축적된 전력(전기 에너지)을 정전압화하여 전원 부하부(150)에 공급할 수 있다.
축전부(130)는 방전 제어 회로를 가지고 있어도 좋다. 방전 제어 회로는 전원 부하부(150)로의 전력의 공급 또는 공급하는 전력의 전력량을 제어하는 기능을 가지고 있다. 방전 제어 회로를 형성함으로써, 필요한 때에 전력을 공급하는 것이나, 공급하는 전력량을 조정할 수 있다.
도 1(및 도 6)에서는 도시하지 않았지만, 수전 장치부(100)는 수전 장치부(100)에 공급하는 전원을 생성하기 위한 전원 회로 및 용량을 가진다. 송수신 회로부(110)에 있어서, 안테나 회로(111)가 수신한 신호로부터 전원이 생성된다. 전원의 생성에는 정류 회로가 이용된다. 생성된 전원은 송수신 회로부(110), 신호 처리 회로부(120) 및 메모리부(140)에 공급된다. 또한, 축전부(130)가 가지는 2차 전지(131)에 전력이 축전되어 있는 경우는, 2차 전지(131)의 전력이 송수신 회로부(110), 신호 처리 회로부(120) 및 메모리부(140) 등에 공급되도록 되어 있어도 좋다. 2차 전지(131)로부터 전력을 공급하는 구성으로 하는 경우에는, 상기 수전 장치부(100)에 공급하는 전원을 생성하기 위한 전원 회로 및 용량은 형성하지 않아도 좋다.
급전 장치(20)의 신호 처리 회로부(220)는 수전체(10)와의 거리 및 수전체(10)의 공명 주파수를 검출하기 위한 위치 및 공명 주파수 검출 기능(223)과, 수전체(10)에 송신하는 전력을 제어하는 송전 제어 기능(222)을 구비하고 있다.
한편, 수전체(10)의 신호 처리 회로부(120)는 급전 장치(20)로부터 수전하는 전력을 제어하는 수전 제어 기능(122)를 구비하고 있다.
수전체(10)에 무선에 의해 전력을 공급하는 급전 장치(20)는 전력을 공급하는 수전체(10)의 위치 및 공명 주파수를 검출하고, 이 정보에 기초하여, 수전체(10)에 송신하는 전력 신호의 주파수를 제어한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 급전 장치(20)와 수전체(10) 사이의 거리는 급전 장치(20)에 설치되는 안테나와 수전체(10)의 안테나와의 거리이다. 도 4에 수전체(10)가 가지는 수전체용 안테나(117)와 급전 장치(20)가 가지는 급전 장치용 안테나(217)가 거리(d)에서 급전을 행하는 예를 나타낸다. 도 4에서, 수전체용 안테나(117)와 급전 장치용 안테나(217)는 거리(d)를 가지고 배치되고, 자계(300)를 형성함으로써 급전을 행한다. 도 4는 안테나로서 코일 안테나를 이용하여, 전자 유도 방식에 의해 급전을 행하는 예이며, 본 명세서에 개시되는 발명에서 적용할 수 있는 안테나 형상 및 전자파의 전송 방식의 일 형태이다.
본 명세서에 있어서, 급전용 전자파의 주파수에 특별히 한정은 없고, 전력을 전송할 수 있는 주파수라면 어느 대역이어도 상관없다. 급전용 전자파의 주파수는, 예를 들면, 135 kHz의 LF대(장파)이어도 좋고, 13.56 MHz의 HF대이어도 좋고, 900 MHz?1 GHz의 UHF대이어도 좋고, 2.45 GHz의 마이크로파대이어도 좋다.
본 명세서에 있어서, 각 신호(식별 정보 등을 송신하는 전기 신호, 위치 및 공명 주파수 검출용 신호 등)로서 이용하는 전자파의 주파수는 급전용의 전자파와 같은 대역의 주파수여도 좋고, 다른 대역의 주파수여도 좋다. 또한, 다른 대역의 주파수를 이용하는 경우에는, 각각의 주파수에 대응한 안테나를 구비하고 있는 것이 바람직하다.
본 명세서에 있어서, 전자파의 전송 방식은 전계 결합 방식, 전자 유도 방식, 공명 방식, 마이크로파 방식 등 다양한 종류가 있지만, 적절히 선택하면 좋다. 단, 비나 진흙 등의 수분을 포함하는 이물에 의한 에너지의 손실을 억제하기 위해서는, 주파수가 낮은 대역, 구체적으로는, 단파인 3 MHz?30 MHz, 중파인 300 kHz?3 MHz, 장파인 30 kHz?300 kHz, 및 초장파인 3 kHz?30 kHz의 주파수를 이용한 전자 유도 방식, 공명 방식을 이용하는 것이 바람직하다.
무선 급전의 일례로 안테나를 이용한 급전 방법이 있다. 어느 정해진 안테나 형상에 대해서는, 급전 장치(20)로부터 수전체(10)로 급전되는 전력의 전송 효율은 송신하는 전력 신호의 주파수, 급전 장치(20)와 수전체(10) 사이의 거리, 및 수전체(10)가 고유하게 가지는 공명 주파수 등에 의존한다.
송신하는 전력 신호의 주파수를 어느 임의의 고정값(f0)으로 한 경우, 급전 장치로부터 수전체로 급전되는 전력의 전송 효율은 급전 장치와 수전체 사이의 어느 거리(dMAX(0))에서 최대값을 나타낸다.
또한, 급전 장치로부터 수전체에 급전되는 전력의 전송 효율이 최대값을 나타내는 거리(dMAX)는 송신하는 전력 신호의 주파수(f)의 값에 따라 다르고, 각각의 전력 신호의 주파수(f)에서 고유의 거리(dMAX)를 가진다.
따라서, 급전 장치(20)와 수전체(10) 사이의 거리를 임의의 고정값(d0)으로 한 경우, 급전 장치(20)로부터 수전체(10)에 급전되는 전력의 전송 효율이 최대값을 나타내는 송신하는 전력 신호의 주파수(fMAX(0))를 결정할 수 있다.
도 2는, 도 4에 나타낸 바와 같이 2개의 동일 형상의 안테나를 상대시키고, 한쪽의 안테나로부터 전압 진폭(Va)이 어느 주파수(f)의 신호를 송신하고, 다른 한쪽의 안테나가 수신한 진폭(Vb)을 측정한다고 하는 것을, 한쪽의 안테나로부터 송신되는 신호의 주파수, 및, 2개의 동일 형상의 안테나간의 전송 거리(d)를 바꾸어 실험을 행한 결과이다. 구체적으로는, 주파수(f)는 11.6 MHz?15.6 MHz와 조건을 바꾸어 행하고, 전송 거리(d)는 30 mm, 50 mm, 70 mm, 90 mm, 110 mm, 130 mm, 및 150 mm와 조건을 바꾸어 행하였다. 또한, 실험에 이용한 안테나는 코일상의 안테나이고, 크기는 72 mm×42 mm, 감은 수는 4번, 선폭은 0.5 mm, 선간은 0.5 mm, 인덕턴스는 대략 2.6 μH, 기생 용량은 대략 4 pF, 저항은 대략 1Ω이다. 또한, 도 2에서의 전송 효율은, 한쪽의 안테나로부터 어느 전압 진폭(Va)의 신호를 출력하여 다른 한쪽의 안테나로 수신했을 때에, 다른 한쪽의 안테나의 2 단자간에 발생하는 전압을 Vb로 한 경우의 Vb/Va이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 전송 효율이 최대가 되는 주파수인 공명 주파수는 급전 장치와 수전체의 거리가 70 mm, 50 mm, 30 mm로 짧아지는 경우, 주파수가 다른 2개의 공명 주파수가 검출되고 있다. 따라서, 수전체로 송신하는 전력 신호는 주파수가 다른 2개의 공명 주파수 각각에 대응시킨 2개의 신호를 포함하는 신호로 하는 것이 필요하다.
예를 들면, b의 각 주파수와α의 각 주파수를 곱하면, 하기 수식(1)에 의해, b＋α 및 b－α의 주파수의 신호가 생성된다. 급전 장치(20)가 검출한 공명 주파수가 b＋α, b－α인 경우, b＋α, b－α의 주파수의 전력 신호를 급전 장치로부터 송신하는 경우를 생각한다.
Figure pat00001
베이스 캐리어(b)는 베이스 캐리어 전원 회로(216)와 베이스 캐리어 발진 회로(215)에 의해 생성된다. 한편, 변환용 캐리어(α)는 신호 처리 회로부(220)에 의해 변환용 캐리어 전원 회로(219)의 전원을 조정함으로써, 변환용 캐리어 발진 회로(218)에 의해 생성된다. b＋α, b－α는 생성된 베이스 캐리어(b)와 변환용 캐리어(α)를 믹서(213)로 곱함으로써 생성할 수 있다. 그리고, 생성된 b＋α, b－α는 안테나 회로(211)로부터 송신된다.
이상과 같이, 다른 2개의 공명 주파수가 검출되는 경우에도, 급전 장치는 전력 전송 효율이 높은 최적의 다른 2개의 주파수의 전기 신호를 수전체에 송신하는 것에 의해, 전력을 낭비 없이 수전체에 공급할 수 있다.
도 3에 무선 급전 방법의 일 형태를 플로차트로서 나타낸다. 또한 급전 장치(K)는 도 1의 급전 장치(20), 수전체(J)는 도 1의 수전체(10)에 상당한다.
먼저, 수전체(J)로부터 위치 및 공명 주파수 검출용 신호를 급전 장치(K)에 송신한다(JB1 위치 및 공명 주파수 검출용 신호 송신). 위치 및 공명 주파수 검출용 신호로서는 주파수가 다른 복수의 신호를 이용하여 위치 및 공명 주파수 검출용 신호로 할 수 있다. 급전 장치(K)가 수전체(J)의 위치 및 공명 주파수 검출용 신호를 수신하고(KB1 위치 및 공명 주파수 검출용 신호 수신), 이 수신한 주파수가 다른 복수의 전기 신호의 강도나 시간에 의해 수전체(J)와의 위치 및 공명 주파수를 검출(KB2 위치 및 공명 주파수 검출)한다(B 위치 및 공명 주파수 검출 스텝).
급전 장치(K)는 이 검출을 행하기 위한 정보(공명 주파수에 있어서의 전송 효율과 전송 거리의 관계 등)를 미리 급전 장치(K) 내의 메모리부에 기억해 두어도 좋고, 검출을 행할 때, 다른 관리 서버 등과 통신하여, 이 서버로부터의 정보를 바탕으로 검출을 행하여도 좋다.
급전 장치(K)는 검출한 수전체(J)의 위치 및 공명 주파수에 기초하여 송전하는 전력 신호의 주파수를, 전력 전송 효율이 최대가 되도록 조정한다(KC1 송전 주파수 조정).
송전하는 전력 신호로서, 급전 장치의 기준이 되는 주파수의 신호인 베이스 캐리어와, 공명 주파수에 기초하여 베이스 캐리어를 변환하는 신호인 베이스 캐리어 변환용 캐리어를 믹서에 의해 곱하여, 주파수가 다른 2개의 신호를 생성한다.
급전 장치(K)는 수전체(J)에 송전 개시 신호를 송신하고(KC2 송전 개시 신호 송신), 수전체(J)는 송전 개시 신호를 수신하고(JD1 송전 개시 신호 수신), 수전 준비가 완료되면 수전 개시 신호를 송신한다(JD2 수전 개시 신호 송신). 급전 장치(K)는 수전체(J)로부터의 수전 개시 신호를 수신하고(KC3 수전 개시 신호 수신), 송전을 개시한다(KC4 송전 개시). 급전 장치(K)에 의한 송전에 의해, 수전체(J)는 수전을 개시한다(JD3 수전 개시).
급전 장치(K)는 송전 제어 기능(222)에 의해, 적정한 송전량을 송전하면, 수전체(J)에 송전 종료 신호를 송신한다(KC5 송전 종료 신호 송신). 수전체(J)는 급전 장치(K)로부터 송전 종료 신호를 수신(JD4 송전 종료 신호 수신)하면, 급전 장치(K)로 수전 종료 신호를 송신(JD5 수전 종료 신호 송신)하고, 수전을 종료한다(JD6 수전 종료)(D 수전 제어 스텝). 급전 장치(K)도 수전체(J)로부터 수전 종료 신호를 수신하고(KC6 수전 종료 신호 수신), 송전을 종료한다(KC7 송전 종료)(C 송전 제어 스텝).
또한, 급전 장치(K)에 있어서, 송전의 개시 또는 종료는 송전 개시 신호의 송신 또는 송전 종료 신호의 송신과 동시이어도 좋다. 수전의 개시 또는 종료도, 수전 개시 신호의 송신 또는 수전 종료 신호의 송신과 동시이어도 좋다. 또한, 송전과 수전은 연동하여 생기기 때문에, 급전 장치(K)가 송전을 개시함과 동시에 수전체(J)의 수전을 개시하고, 급전 장치(K)가 송전을 종료함과 동시에 수전체(J)의 수전을 종료할 수도 있다. 도 3에서는, 급전 장치(K)가 급전의 종료를 수전체(J)에 송신하여 송전을 종료하는 예이지만, 수전체(J)가 급전 장치(K)에 급전의 종료를 요구하여 급전 장치(K)의 송전을 종료할 수도 있다.
결과, 수전 장치부(100)의 축전부(130) 내의 2차 전지(131)에 축적된 전력을 이용하여 전원 부하부(150)를 동작시킬 수 있다. 본 명세서에 있어서 수전체란, 수전한 전력을 원동력으로서 동작하는 물체를 가리키고, 휴대전화, 노트형의 퍼스널 컴퓨터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라 등의 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 전자 서적 등의 휴대용 전자 디바이스나, 전력을 이용하여 전동기에 의해 움직이는 이동 수단(자동차(자동 이륜차, 삼륜 이상의 자동차), 전동 어시스트 자전거를 포함하는 원동기가 부착된 자전거, 항공기, 선박, 철도 차량) 등을 포함한다.
도 10에 수전체의 예로서 휴대 정보 단말(PDA)을 나타낸다. 도 10에 나타낸 수전체(10)는 케이스(50)에 표시 패널(51)을 구비한 휴대 정보 단말이다. 케이스(50)에 있어서 표시 패널(51) 아래에는, 수전 장치부(100)와 전원 부하부(150)가 형성되어 있고, 수전 장치부(100)는 안테나 회로(111), 정류 회로(112), 변조 회로(113), 복조 회로(114), 발진 회로(115) 등을 포함하는 송수신 회로부(110), 신호 처리 회로부(120), 메모리부(140), 2차 전지(131)를 포함하는 축전부(130)를 가지고 있다. 송수신 회로부(110)에서 수신된 전자파는 신호 처리 회로부(120)를 거쳐 축전부(130) 내의 2차 전지(131)에 축적된다. 2차 전지(131) 내에 축적된 전력을 전원 부하부(150)에 공급하는 것에 의해, 전원 부하부(150) 내에 설치된 반도체 집적회로 등을 구동하여 표시 패널(51)에 표시를 행하고, 수전체(10)를 휴대 정보 단말로서 동작시킬 수 있다.
전력 전송 효율이 높은 최적의 주파수로 수전체에 전력 신호를 송신하는 것에 의해, 전력을 낭비 없이 수전체에 공급할 수 있다. 따라서, 급전 장치에도 수전체에 있어서도, 효율이 좋고 편리성이 높은 급전을 행할 수 있다.
본 실시형태에서의 급전 시스템, 급전 방법에 의해, 수전체의 이용자는 보다 높은 편리성 및 높은 부가가치를 얻을 수 있다.
급전을 행하는 측의 사업자에게 있어서는, 효율이 좋은 다양한 서비스를 가능하게 하는 급전 시스템, 급전 방법을 제공할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법의 다른 일 형태를 도 5 및 도 6을 이용하여 설명한다.
도 6은 본 실시형태에서의 무선 급전 시스템을 구성하는 급전 장치 및 수전체의 구성 요소를 기능마다 별도 블록으로서 나타낸다. 도 6은 실시형태 1에 나타낸 도 1의 무선 급전 시스템에 있어서, 축전부(130)의 2차 전지(131)의 전력의 축적량을 검출하는 검출부(전압/전류 검출부(160))를 형성한 예이며, 실시형태 1과 동일 부분 또는 동일한 기능을 가지는 부분은 실시형태 1과 같고, 반복 설명은 생략한다. 또한, 같은 개소의 상세한 설명은 생략한다.
전압/전류 검출부(160)는 축전부(130)의 2차 전지(131)의 전압, 전류, 또는 전압 및 전류를 검출함으로써 2차 전지(131)의 축전량을 파악하고, 그 정보를 신호 처리 회로부(120)에 보냄으로써, 신호 처리 회로부(120)는 수전의 제어를 행한다.
도 5에 무선 급전 방법의 일 형태를 플로차트로서 나타낸다. 또한 급전 장치(K)는 도 6의 급전 장치(20), 수전체(J)는 도 6의 수전체(10)에 상당한다.
위치 및 공명 주파수 검출 스텝은 실시형태 1의 도 3과 마찬가지이므로 생략한다.
송전 제어 스텝 및 수전 제어 스텝에 대하여 설명한다.
급전 장치(K)는 검출한 수전체(J)의 위치 및 공명 주파수에 기초하여 송전하는 전력 신호의 주파수를 전력 전송 효율이 최대가 되도록 조정한다(KC1 송전 주파수 조정). 전력 전송 효율이 높은 최적의 주파수에서 수전체(J)에 전력 신호를 송신하는 것에 의해, 전력을 낭비 없이 수전체에 공급할 수 있다. 따라서, 급전 장치(K)에도 수전체(J)에 있어서도, 효율이 좋고 편리성이 높은 급전을 행할 수 있다.
급전 장치(K)는 수전체(J)로 송전 개시 신호를 송신하고(KC2 송전 개시 신호 송신), 수전체(J)는 송전 개시 신호를 수신하고(JD1 송전 개시 신호 수신), 수전 준비가 완료되면 수전 개시 신호를 송신한다(JD2 수전 개시 신호 송신). 급전 장치(K)는 수전체(J)로부터의 수전 개시 신호를 수신하고(KC3 수전 개시 신호 수신), 송전을 개시한다(KC4 송전 개시). 급전 장치(K)에 의한 송전에 의해, 수전체(J)는 수전을 개시한다(JD3 수전 개시).
본 실시형태에서는, 급전의 제어를 전압/전류 검출부(160)에 의한 2차 전지(131)의 축전량의 검출 정보도 이용하는 예이다. 수전체(J)의 수전이 개시와 함께 전압/전류 검출부(160)에 의해, 2차 전지(131)의 전압, 전류, 또는 전압 및 전류를 검출한다(JD7 전압/전류 검출).
전압/전류 검출부(160)는 2차 전지(131)의 전압, 전류, 또는 전압 및 전류를 검출함으로써 2차 전지(131)의 축전량을 파악하고, 2차 전지의 축전 가능한 축전량을 넘었다고 판단하면, 급전 장치(K)로 수전 종료 신호를 송신한다(JD5 수전 종료 신호 송신).
급전 장치(K)는 수전체(J)로부터의 수전 종료 신호를 수신하는(KC6 수전 종료 신호 수신) 것에 의해, 수전체(J)로 송전 종료 신호를 송신하고(KC5 송전 종료 신호 송신) 송전을 종료한다(KC7 송전 종료). 수전체(J)도 급전 장치(K)로부터 송전 종료 신호를 수신하고(JD4 송전 종료 신호 수신) 수전을 종료한다(JD6 수전 종료).
이와 같이, 수전체(J)가 급전 장치(K)에 급전의 종료를 요구하여 급전 장치(K)의 송전을 종료할 수도 있다.
급전 장치가 송전하는 전력 신호로서, 급전 장치의 기준이 되는 주파수의 신호인 베이스 캐리어(제 1 신호라고도 함)와, 공명 주파수에 기초하여 베이스 캐리어를 변환하는 신호인 베이스 캐리어 변환용 캐리어(제 2 신호, 간단히 변환용 캐리어라고도 함)를 믹서에 의해 곱하여 생성하는 주파수가 다른 2개의 신호를 이용한다.
믹서에 의해 베이스 캐리어에 변환용 캐리어를 곱함으로써, 주파수가 다른 복수의 신호를 생성하므로, 다수의 전원 회로나 발진 회로 등과 같은 전압을 조절하여 주파수를 조정하는 회로의 증설을 하지 않아도 좋기 때문에, 장치의 복잡화나 대형화, 그에 따른 제조 비용의 증가를 억제할 수 있다.
급전 장치와 수전체의 급전에 있어서, 수전체의 위치 및 공명 주파수 정보에 기초하여 전력 전송 효율이 높은 최적의 주파수로 수전체에 전력 신호를 송신하기 때문에, 전력을 낭비 없이 수전체에 공급할 수 있다.
또한, 2차 전지의 축전량을 파악하는 것에 의해, 보다 이용자의 요구에 맞는 적정한 송전을 행할 수 있다. 따라서, 과잉의 송전에 의해 생기는 전력의 낭비나, 축전량 이상의 전력의 공급에 의한 2차 전지(131)의 열화를 저감할 수 있다. 따라서, 급전 장치에도 수전체에 있어서도, 효율이 좋고 편리성이 높은 급전을 행할 수 있다.
따라서, 이용자 및 제공자 쌍방에 있어서 효율이 좋은 급전 서비스를 가능하게 하는 급전 시스템, 급전 방법을 제공할 수 있다.
본 실시형태는, 다른 실시형태에 기재한 구성과 적절히 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법의 다른 일 형태를 도 7 및 도 8을 이용하여 설명한다.
본 실시형태는, 실시형태 1 또는 실시형태 2에 있어서, 위치 및 공명 주파수 검출 스텝 전에 수전체의 식별 정보를 인식하는 스텝을 더한 예이다. 실시형태 1 또는 실시형태 2와 동일 부분 또는 동일한 기능을 가지는 부분은, 실시형태 1 또는 실시형태 2와 같고, 반복 설명은 생략한다. 또한 같은 개소의 상세한 설명은 생략한다.
식별 정보는 수전체의 메모리부에 기억해 둘 수 있다. 또한, 급전 장치의 신호 처리 회로부에, 이 식별 정보를 식별하는 식별 기능을 구비한다.
도 7에 본 실시형태의 무선 급전 방법을 플로차트로서 나타낸다. 또한 급전 장치(K)는 도 1의 급전 장치(20), 수전체(J)는 도 1의 수전체(10)에 상당한다.
먼저, 수전체(J)로부터 식별 정보가 급전 장치(K)에 송신되고(JA1 식별 정보 송신), 급전 장치(K)가 수전체(J)의 식별 정보를 수신한다(KA1 식별 정보 수신). 급전 장치(K)는 수신한 식별 정보를 조회, 조합하여(KA2 식별 정보 조회?조합), 수전체(J)를 식별한다(A 식별 정보 인식 스텝). 이하는 도 3, 또는 도 5의 급전 방법과 마찬가지로 다음의 스텝으로 진행되어 급전을 행한다.
급전 장치(K)는 이 식별을 행하기 위한 정보를 미리 급전 장치(K) 내의 메모리부에 기억해 두어도 좋고, 식별을 행할 때, 다른 관리 서버 등과 통신하고, 이 서버로부터의 정보를 바탕으로 식별을 행하여도 좋다. 또한, 급전 장치(K)와 수전체(J)와의 통신은 급전 장치(K)로부터 개시해도 좋다. 예를 들면, 급전 장치(K)가 수전체(J)의 식별 정보를 취득하고 있고, 이 식별 정보의 수전체(J)를 특정(수색)하기 위해, 수전체(J)에 식별 정보를 질문하는 신호를 송신하여 통신을 개시해도 좋다.
급전 장치(K)는 수전체(J)의 식별 정보에 의해 송전하는 전력 신호의 강도를 조정할 수 있다. 예를 들면, 식별 정보로부터 수전체(J)의 2차 전지(131)의 축적 가능한 전력량을 판독하여 고려하는 것에 의해, 송전하는 전자파의 강도나 주파수, 송전 시간 등을 제어할 수 있다.
또한, 도 8(A)와 같이 수전체(J)가 급전 장치(K)로 급전의 개시를 요구하여 급전 장치(K)의 송전을 개시할 수도 있다. 도 8(A)는 식별 정보 인식 스텝을 나타내고, 먼저 수전체(J)가 급전을 요구하는 신호를 급전 장치(K)로 송신한다(JA2 급전 요구 신호 송신). 수전체(J)의 급전 요구 신호를 수신 가능한 위치에 배치된 급전 장치(K)가 수신하고(KA3 급전 요구 신호 수신), 이 급전 요구 신호를 받아, 수전체(J)의 식별 정보를 질문하는 신호를 수전체(J)로 송신한다(KA4 식별 정보 질문 신호 송신). 수전체(J)는 급전 장치(K)로부터의 식별 정보 질문 신호를 수신하고(JA3 식별 정보 질문 신호 수신), 수전체(J)의 식별 정보를 급전 장치(K)로 송신한다(JA1 식별 정보 송신). 급전 장치(K)는 수전체(J)로부터의 식별 정보를 수신하고(KA1 식별 정보 수신), 수신한 식별 정보를 조회, 조합하여(KA2 식별 정보 조회?조합), 수전체(J)를 식별한다. 이하는 도 3, 또는 도 5의 급전 방법과 마찬가지로 다음의 스텝으로 진행되어 급전을 행한다.
수전체(J)로부터의 급전 요구 신호의 발신은 이용자가 수전체의 2차 전지의 축전량을 고려하여 조작해도 좋고, 2차 전지(131)의 축전량에 따라 자동적으로 발신하도록 설정해도 좋다.
예를 들면, 도 8(B)에 나타낸 바와 같이, 전압/전류 검출부(160)에 있어서, 2차 전지(131)의 전압, 전류, 또는 전압 및 전류를 검출하고(JA4 전압/전류 검출), 2차 전지(131)의 축전량이 일정한 축전량을 밑돌았다고 판단하면, 급전 장치(K)로 급전 요구 신호를 송신한다(JA2 급전 요구 신호 송신). 이하는 도 8(A), 및 도 3, 또는 도 5의 급전 방법과 마찬가지로 다음의 스텝으로 진행되어 급전을 행한다.
본 실시형태에 있어서도, 송전하는 전력 신호로서, 급전 장치의 기준이 되는 주파수의 신호인 베이스 캐리어(제 1 신호라고도 함)와, 공명 주파수에 기초하여 베이스 캐리어를 변환하는 신호인 베이스 캐리어 변환용 캐리어(제 2 신호, 간단히 변환용 캐리어라고도 함)를 믹서에 의해 곱하여 생성하는 주파수가 다른 2개의 신호를 이용한다.
믹서에 의해 베이스 캐리어에 변환용 캐리어를 곱함으로써, 주파수가 다른 복수의 신호를 생성하므로, 다수의 전원 회로나 발진 회로 등과 같은 전압을 조절하여 주파수를 조정하는 회로의 증설을 하지 않아도 좋기 때문에, 장치의 복잡화나 대형화, 그에 따른 제조 비용의 증가를 억제할 수 있다.
급전 장치와 수전체의 급전에 있어서, 수전체의 위치 및 공명 주파수 정보에 기초하여 전력 전송 효율이 높은 최적의 주파수로 수전체에 전력 신호를 송신하기 때문에, 전력을 낭비 없이 수전체에 공급할 수 있다.
또한, 수전체(J)의 고유 정보나 2차 전지의 축전량을 파악함으로써, 보다 이용자의 요구에 맞는 적정한 송전을 행할 수 있다. 따라서, 과잉의 송전에 의해 생기는 전력의 낭비나, 축전량 이상의 전력의 공급에 의한 2차 전지(131)의 열화를 저감할 수 있다. 따라서, 급전 장치(K)에도 수전체(J)에 있어서도, 효율이 좋고 편리성이 높은 급전을 행할 수 있다.
또한, 개인 정보 등의 고유 정보를 포함하는 식별 정보는, 급전마다 수시 갱신하거나, 급전을 위한 인식 스텝이 종료되면 불필요한 식별 정보는 급전 장치 내에서 삭제하거나, 식별 정보를 송신할 때는 통신을 암호화하는 등의 안정성면에 고려한 대책을 행하는 것이 바람직하다.
장치의 복잡화, 대형화를 초래하지 않고, 이용자 및 제공자 쌍방에 있어서 효율이 좋은 급전 서비스를 가능하게 하는 급전 시스템, 급전 방법을 제공할 수 있다.
본 실시형태는, 다른 실시형태에 기재한 구성과 적절히 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, 무선 급전 시스템 및 무선 급전 방법의 다른 일 형태를 도 9를 이용하여 설명한다.
본 명세서에 있어서의 급전 시스템 및 급전 방법은 복수의 급전 장치 및 수전체에도 적용할 수 있다. 본 실시형태에서는 실시형태 1 내지 3의 어느 하나에 나타낸 급전 시스템 및 급전 방법을, 복수의 급전 장치 및 수전체에 적용하는 예이며, 실시형태 1 내지 3의 어느 하나와 동일 부분 또는 동일한 기능을 가지는 부분은 실시형태 1 내지 3의 어느 하나와 같고, 반복 설명은 생략한다. 또한 같은 개소의 상세한 설명은 생략한다.
예를 들면, 같은 급전 장치로부터 복수의 수전체에 급전을 행하는 경우, 각각의 수전체의 위치 및 공명 주파수를 파악하여, 전력의 전송 효율이 최적이 되도록 송신하는 전력 신호의 주파수를 제어하는 것이 가능하다. 도 9는 복수의 수전체 Ja(10a), 수전체 Jb(10b), 수전체 Jc(10c) 각각에 급전을 행하는 예이다.
수전체 Ja(10a), 수전체 Jb(10b), 수전체 Jc(10c)는 각각 급전 장치(K20)로부터 다른 거리를 가지는 위치에 배치되어 있고, 각각 고유의 공명 주파수를 가지고 있다.
급전 장치(K20)는 먼저 수전체 Ja(10a), 수전체 Jb(10b), 수전체 Jc(10c), 의 위치 및 공명 주파수 정보를 취득하고, 그 정보에 기초하여 각각에 있어서 전력의 전송 효율이 최적이 되도록 송전하는 전력 신호의 주파수(fb±Δfα(d(Ja)), fb±Δfα(d(Jb)), fb±Δfα(d(Jc))를 결정하여 급전을 행한다.
본 실시형태에 있어서도, 송전하는 전력 신호로서, 급전 장치의 기준이 되는 주파수의 신호인 베이스 캐리어(제 1 신호라고도 함)와, 공명 주파수에 기초하여 베이스 캐리어를 변환하는 신호인 베이스 캐리어 변환용 캐리어(제 2 신호, 간단히 변환용 캐리어라고도 함)를 믹서에 의해 곱하여 생성하는 주파수가 다른 2개의 신호를 이용한다.
믹서에 의해 베이스 캐리어에 변환용 캐리어를 곱함으로써, 주파수가 다른 복수의 신호를 생성하므로, 다수의 전원 회로나 발진 회로 등과 같은 전압을 조절하여 주파수를 조정하는 회로의 증설을 하지 않아도 좋기 때문에, 장치의 복잡화나 대형화, 그에 따른 제조 비용의 증가를 억제할 수 있다.
수전체의 위치 및 공명 주파수 정보에 기초하여 전력 전송 효율이 높은 최적의 주파수에서 수전체에 전력 신호를 송신하기 때문에, 전력을 낭비 없이 수전체에 공급할 수 있다.
도 9에서는 급전 장치를 단수 이용하는 경우를 나타내었지만, 급전 장치를 복수 이용해도 좋다. 급전 장치가 복수라고 하더라도, 급전을 행하는 급전 장치와 수전체에 있어서, 거리 및 공명 주파수의 정보를 파악하여, 이 정보에 기초하여 높은 전송 효율이 되도록 송신하는 전기 신호의 주파수의 최적화를 행하여 급전을 행할 수 있다.
또한, 이와 같이 급전 장치의 통신 가능 범위 내에 복수의 수전체가 존재하는 경우, 실시형태 3에 나타낸 바와 같이 수전체의 식별 정보를 이용하여 특정의 수전체에만 송전을 행하는 것도 가능하다.
식별 정보를 파악하여 급전을 행하기 때문에, 대상이 되는 수전체의 관리를 정확하게 행하여, 현상 등의 당선자나 계약자에 대한 서비스 등을 효율적으로 행할 수 있다.
또한, 실시형태 3에도 나타낸 바와 같이, 개인 정보 등의 고유 정보를 포함하는 식별 정보는, 급전할 때마다 수시 갱신하거나, 급전을 위한 인식 스텝이 종료되면 불필요한 식별 정보는 급전 장치 내에서 삭제하거나, 식별 정보를 송신할 때는 통신을 암호화하는 등의 안정성면에 고려한 대책을 행하는 것이 바람직하다.
본 실시형태는, 다른 실시형태에 기재한 구성과 적절히 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
10：수전체 20：급전 장치
50：케이스 51：표시 패널
100：수전 장치부 10a：수전체 Ja
10b：수전체 Jb 10c：수전체 Jc
110：송수신 회로부 111：안테나 회로
112：정류 회로 113：변조 회로
114：복조 회로 115：발진 회로
116：전원 회로 117：수전체용 안테나
120：신호 처리 회로부 122：수전 제어 기능
130：축전부 131：2차 전지
140：메모리부 150：전원 부하부
160：전압/전류 검출부 210：송수신 회로부
211：안테나 회로 212：정류 회로
213：믹서 214：복조 회로
215：발진 회로 216：전원 회로
217：급전 장치용 안테나 218：발진 회로
219：전원 회로 220：신호 처리 회로부
222：송전 제어 기능 223：위치 및 공명 주파수 검출 기능
230：전원부 300：자계

Claims (15)

  1. 제 1 전자파를 수전체로부터 받기 위한 안테나 회로와,
    상기 제 1 전자파를 거쳐 전송된 신호로부터 상기 수전체의 공명 주파수를 검출하기 위한 신호 처리 회로부와,
    제 1 신호를 생성하기 위한 제 1 발진 회로와,
    상기 수전체의 상기 공명 주파수와 거리에 따른 제 2 신호를 생성하기 위한 제 2 발진 회로와,
    상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 곱하기 위한 믹서를 포함하고,
    상기 안테나 회로는 상기 믹서에 의해 생성된 신호를 제 2 전자파로 상기 수전체로 송신하는, 반도체 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 발진 회로에 전원을 공급하는제 1 전원부와, 상기 제 2 발진 회로에 전원을 공급하는 제 2 전원부를 더 포함하는, 반도체 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전자파를 통하여 상기 수전체에 전원이 송신되고,
    상기 신호 처리 회로부는 상기 수전체로 송신된 전원을 제어하는, 반도체 장치.
  4. 급전 장치와,
    수전 장치부를 포함하는 수전체를 가지고,
    상기 급전 장치는, 전자파를 송수신하는 급전 장치용 송수신 회로부와,
    상기 급전 장치용 송수신 회로부가 송수신하는 상기 전자파의 전기 신호를 처리하는 급전 장치용 신호 처리 회로부와,
    상기 수전체에 송신하는 전력을 공급하는 전원부가 형성되고,
    상기 급전 장치용 신호 처리 회로부는 상기 수전체의 위치 및 공명 주파수를 검출하는 위치 및 공명 주파수 검출 기능과, 상기 수전체에 송신하는 전력을 제어하는 송전 제어 기능을 가지고,
    상기 급전 장치용 송수신 회로부는, 안테나 회로, 정류 회로, 믹서, 복조 회로, 제 1 발진 회로, 제 1 전원 회로, 제 2 발진 회로, 및 제 2 전원 회로를 포함하고,
    상기 수전 장치부는, 전자파를 송수신하는 수전 장치부용 송수신 회로부와,
    상기 수전 장치부용 송수신 회로부가 송수신하는 상기 전자파의 전기 신호를 처리하는 수전 장치부용 신호 처리 회로부와,
    상기 급전 장치로부터 송신된 전력을 축적하고, 전원 부하부가 소비하는 전력을 공급하는 2차 전지를 포함하는 축전부가 형성되고,
    상기 수전 장치부용 신호 처리 회로부는 상기 급전 장치로부터 수전하는 전력을 제어하는 수전 제어 기능을 가지고,
    상기 믹서는, 상기 제 1 전원 회로 및 상기 제 1 발진 회로로 생성되는 제 1 신호와, 상기 제 2 전원 회로 및 상기 제 2 발진 회로로 생성되는 제 2 신호를 곱하는, 무선 급전 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 수전 장치부용 송수신 회로부는, 안테나 회로, 정류 회로, 변조 회로, 복조 회로, 발진 회로, 및 전원 회로를 포함하는, 무선 급전 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 수전체는 상기 수전 장치부용 신호 처리 회로부에 의해 판독되는 식별 정보를 기억하는 메모리부를 가지고,
    상기 급전 장치용 신호 처리 회로부는 상기 식별 정보를 식별하는 식별 기능을 가지는, 무선 급전 시스템.
  7. 급전 장치와,
    수전 장치부를 포함하는 수전체를 가지고,
    상기 급전 장치는, 전자파를 송수신하는 급전 장치용 송수신 회로부와,
    상기 급전 장치용 송수신 회로부가 송수신하는 상기 전자파의 전기 신호를 처리하는 급전 장치용 신호 처리 회로부와,
    상기 수전체에 송신하는 전력을 공급하는 전원부가 형성되고,
    상기 급전 장치용 신호 처리 회로부는 상기 수전체의 위치 및 공명 주파수를 검출하는 위치 및 공명 주파수 검출 기능과, 상기 수전체에 송신하는 전력을 제어하는 송전 제어 기능을 가지고,
    상기 급전 장치용 송수신 회로부는, 안테나 회로, 정류 회로, 믹서, 복조 회로, 제 1 발진 회로, 제 1 전원 회로, 제 2 발진 회로, 및 제 2 전원 회로를 포함하고,
    상기 수전 장치부는, 전자파를 송수신하는 수전 장치부용 송수신 회로부와,
    상기 수전 장치부용 송수신 회로부가 송수신하는 상기 전자파의 전기 신호를 처리하는 수전 장치부용 신호 처리 회로부와,
    상기 급전 장치로부터 송신된 전력을 축적하고, 전원 부하부가 소비하는 전력을 공급하는 2차 전지를 포함하는 축전부와,
    상기 2차 전지의 전압, 전류, 또는 전압 및 전류를 검출하는 검출부가 형성되고,
    상기 수전 장치부용 신호 처리 회로부는 상기 급전 장치로부터 수전하는 전력을 제어하는 수전 제어 기능을 가지고,
    상기 믹서는, 상기 제 1 전원 회로 및 상기 제 1 발진 회로로 생성되는 제 1 신호와,
    상기 제 2 전원 회로 및 상기 제 2 발진 회로로 생성되는 제 2 신호를 곱하는, 무선 급전 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 수전 장치부용 송수신 회로부는, 안테나 회로, 정류 회로, 변조 회로, 복조 회로, 발진 회로, 및 전원 회로를 포함하는, 무선 급전 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 수전체는 상기 수전 장치부용 신호 처리 회로부에 의해 판독되는 식별 정보를 기억하는 메모리부를 가지고,
    상기 급전 장치용 신호 처리 회로부는 상기 식별 정보를 식별하는 식별 기능을 가지는, 무선 급전 시스템.
  10. 급전 장치가 수전체로부터 송신된 제 1 전자파를 수신하고, 상기 수전 장치의 상기 제 1 전자파를 통하여 상기 수전체의 위치 및 공명 주파수 검출하는 제 1 스텝과,
    상기 수전체의 위치 및 공명 주파수에 기초하여 제 1 신호와 제 2 신호를 곱하여, 상기 수전 장치로부터 상기 수전체에 제 2 전자파를 통하여 전력을 송신하는 제 2 스텝과,
    상기 수전 장치로부터 송신된 전력을 상기 수전체의 2차 전지 내에 축적하는 제 3 스텝을 가지고,
    상기 제 2 전자파는 다른 주파수를 가진 두 개의 신호를 포함하는, 무선 급전 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    다른 주파수를 가진 복수의 신호는 상기 수전체로부터 상기 급전 장치로 상기 제 1 전자파로 송신하는, 무선 급전 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 두 개의 다른 주파수는 상기 공명 주파수로서 검출하는, 무선 급전 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 신호는, 급전 장치의 베이스 캐리어인, 무선 급전 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 수전체는, 상기 2차 전지의 전압, 전류, 또는 전압 및 전류를 검출하고, 검출 정보에 따라, 상기 급전 장치에 급전 요구 신호 또는 수전 종료 신호를 송신하는, 무선 급전 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 스텝 전에, 상기 수전 장치의 상기 수전체의 식별 정보를 인식하는 스텝을 더 포함하는, 무선 급전 방법.
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