WO2014112150A1 - 受電装置、送電装置および電力伝送システム - Google Patents

受電装置、送電装置および電力伝送システム Download PDF

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真治 郷間
信人 椿
加藤　登
末定　剛
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Murata Manufacturing Co Ltd
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    • H02J50/005—Mechanical details of housing or structure aiming to accommodate the power transfer means, e.g. mechanical integration of coils, antennas or transducers into emitting or receiving devices

Definitions

  • the present invention relates to a power reception device, a power transmission device, and a power transmission system, and particularly to a power reception device, a power transmission device, and a power transmission system corresponding to the electric field coupling method.
  • Patent Document 1 An example of an apparatus that transmits electric power by an electric field coupling method is disclosed in Patent Document 1.
  • This device is composed of an energy generating device and a consuming device located at a short distance from each other.
  • the device is also modeled in the form of an interaction between asymmetric oscillating electric dipoles, which consists of a high-voltage high-frequency generator or a high-voltage high-frequency charge placed between two electrodes. These dipoles exert mutual influence on each other. Electrical energy and / or information is transported remotely using a Coulomb field surrounding any collection of charged conductors in a slowly changing variable state.
  • Patent Document 2 discloses an example of an electronic device that performs wireless communication by a magnetic field coupling method.
  • This electronic device includes a loop-shaped or spiral coil conductor having a winding center portion as a coil opening, and a conductor layer having a conductor opening and a slit portion leading to the conductor opening.
  • the coil conductor When the coil conductor is viewed in plan, the coil opening overlaps with the conductor opening, the area of the conductor layer is larger than the area of the coil conductor formation region, and the magnetic sheet is provided so as to cover the coil opening and the conductor opening. .
  • stable communication is possible even if the antenna is smaller than the communication partner antenna.
  • Patent Document 1 and the wireless communication of Patent Document 2 are to be realized by a single device, it is necessary to mount both the transmitting / receiving antenna and the power transmitting / receiving electrode on the device.
  • the size of the device is limited, desired performance cannot be secured for at least one of power transmission and wireless communication.
  • the transmission / reception antenna and the power transmission / reception electrode are arranged close to each other, one interferes with the other, thereby degrading the power transmission performance or the wireless communication performance.
  • a main object of the present invention is to provide a power receiving device, a power transmitting device, and a power transmission system capable of improving both power transmission performance and wireless communication performance.
  • a power receiving device (30: reference numeral corresponding to the embodiment; the same applies hereinafter) includes a power supply coil (40) for wireless communication, a wireless IC chip (43), and a power supply circuit (42).
  • Short-range wireless communication means (42-43) for transmitting and receiving high-frequency signals via the first electrode (E21) for electric field coupling with the power transmission device (10), and a booster antenna magnetically coupled with the feeding coil during wireless communication with the power transmission device Conductor (E22, E22_1, E22_2) that functions as a second electrode that functions as a second electrode that cooperates with the first electrode when receiving power from the power transmission device and is coupled with the power transmission device, and the first electrode and the conductor by electric field coupling Supply means (34 to 38) for supplying power based on the alternating voltage excited to the load (46).
  • the supply means includes step-down means (34) for stepping down the AC voltage excited by the first electrode and the conductor, and rectification means (36) for rectifying the AC voltage stepped down by the step-down means.
  • blocking means SW21 to SW22, S5 to S11 for blocking the connection between at least one of the first electrode and the conductor and the supply means during wireless communication.
  • the area of the first electrode is smaller than the area of the second electrode.
  • a power receiving surface facing the power transmission device is further provided, and the conductor is provided at the same distance as the first electrode or a distance farther than the first electrode with respect to the power receiving surface, and the power feeding coil is farther from the conductor. Provided at distance.
  • the conductor is disposed so as to surround the first electrode.
  • the power feeding coil is a planar coil, and the coil opening is disposed so as to face the power receiving surface, and a magnetic body (MG) provided on a surface far from the power receiving surface of the power feeding coil is further provided.
  • MG magnetic body
  • a power transmission device (10) includes a power supply coil (26) for wireless communication, a wireless IC chip (23), and a power supply circuit (24), and transmits and receives a high-frequency signal via the power supply coil. It functions as a booster antenna that magnetically couples to the power supply coil during wireless communication with the communication means (23 to 24), the power receiving device (30), and the first electrode (E11) that is electrically coupled to the power receiving device.
  • a conductor (E12_1, E12_2) functioning as a second electrode that is electrically coupled to the power receiving device in cooperation with one electrode, and an AC voltage output from the AC voltage source (18) is supplied to the first electrode and the conductor.
  • Supply means (20) is provided.
  • a power transmission system (100) includes a power transmission device (10) that transmits an AC voltage by an electric field coupling method, and a power reception device (30) that receives an AC voltage transmitted from the power transmission device by an electric field coupling method.
  • the power receiving device includes a power supply coil (40) for wireless communication, a wireless IC chip (43), and a power supply circuit (42), and transmits and receives high-frequency signals through the power supply coil.
  • Conductor (E22, E22_1, E22_2) functioning as a second electrode that is electric field coupled to the power transmission device in cooperation with one electrode, and load based on AC voltage excited to the first electrode and the conductor by electric field coupling Supply means (34-38) to supply (46) 1952.
  • a power transmission system (100) includes a power transmission device (10) that transmits an AC voltage by an electric field coupling method, and a power reception device (30) that receives an AC voltage transmitted from the power transmission device by an electric field coupling method.
  • a transmission system, a power transmission device includes a power supply coil (26) for wireless communication, a wireless IC chip (23), and a power supply circuit (24), and transmits and receives high-frequency signals via the power supply coil. It functions as a booster antenna that magnetically couples to the power supply coil during wireless communication with the communication means (23 to 24), the power receiving device (30), and the first electrode (E11) that is electrically coupled to the power receiving device.
  • Supply means (20) is provided.
  • the conductor when receiving power, the conductor functions as the second electrode for electric field coupling.
  • the electric field coupling with the power transmission device is realized by the first electrode and the conductor, and the electric power based on the AC voltage excited by the first electrode and the conductor is supplied to the load by the supply means.
  • the conductor functions as a booster antenna.
  • the high-frequency signal received from the power transmission device is input to the short-range wireless communication means via the booster antenna and the power supply coil, and the high-frequency signal output from the short-range wireless communication means is transmitted to the power transmission device via the power supply coil and the booster antenna. Is done.
  • the conductor can be shared as an electrode for electric field coupling and an antenna for wireless communication, and both the power transmission performance and the wireless communication performance can be improved even if it is small.
  • the conductor functions as the second electrode for electric field coupling.
  • the electric field coupling with the power receiving device is realized by the first electrode and the conductor, and the AC voltage output from the AC voltage source is supplied to the first electrode and the conductor by the supply means.
  • the conductor functions as a booster antenna.
  • the high-frequency signal output from the short-range wireless communication means is transmitted to the power receiving device via the power feeding coil and the booster antenna, and the high-frequency signal received from the power receiving device is input to the short-range wireless communication means via the booster antenna and the power feeding coil. Is done.
  • the conductor can be shared as an electrode for electric field coupling and an antenna for wireless communication, and both the power transmission performance and the wireless communication performance can be improved even if it is small.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the power receiving device shown in FIG. 3 taken along the line AA.
  • A) is an illustrative view showing an example of a laminated structure of an active electrode, a passive electrode, an antenna coil, and a magnetic sheet provided in the power receiving device shown in FIG. 3, and
  • B) is an illustration of the laminated structure shown in (A). It is BB sectional drawing.
  • FIG. 8 is a CC cross-sectional view of the power receiving device shown in FIG. 7. It is an illustration figure which shows the positional relationship of the active electrode, the passive electrode, and antenna coil which were provided in the power receiving apparatus shown in FIG. It is a disassembled perspective view which shows an example of the external appearance of the power receiving apparatus applied to the power transmission system of another Example.
  • FIG. 11 is a DD cross-sectional view of the power receiving device shown in FIG. 10.
  • FIG. 14A is a cross-sectional view taken along line EE of the power receiving device shown in FIG. 13, and FIG. 14B is a long side view of the power receiving device shown in FIG.
  • FIG. 14A is a cross-sectional view taken along line EE of the power receiving device shown in FIG. 13, and FIG. 14B is a long side view of the power receiving device shown in FIG.
  • FIG. 14A is a cross-sectional view taken along line EE of the power receiving device shown in FIG. 13, and FIG. 14B is a long side view of the power receiving device shown in FIG.
  • It is a block diagram which shows the structure of the electric power transmission system of another Example. It is a flowchart which shows a part of operation
  • a power transmission system 100 includes a power transmission device 10 that transmits a high-frequency voltage of 100 kHz to 10 MHz by an electric field coupling method, and receives a high-frequency voltage transmitted from the power transmission device 10 by an electric field coupling method.
  • Power receiving device 30 The power transmission device 10 and the power reception device 30 have a wireless communication function for communicating a high frequency signal of 13.56 MHz.
  • a high-frequency voltage to be transmitted is generated by the power transmission circuit 14, and a high-frequency signal is input / output by the RF-IC 23 and the RF circuit (power feeding circuit) 24 under the control of the CPU 22.
  • the RF-IC 23 is driven by a DC power supply 12b.
  • the received high frequency voltage is converted into a DC voltage by the power receiving circuit 32, and the high frequency signal is input / output by the RF-IC 43 and the RF circuit (power feeding circuit) 42 under the control of the CPU 44.
  • the control circuit 16 provided in the power transmission circuit 14 gives a PWM signal having a frequency of 100 kHz to 10 MHz to the drive circuit 18.
  • the drive circuit 18 converts the DC voltage supplied from the DC power supply 12a into a high frequency voltage in accordance with the PWM signal supplied from the control circuit 16.
  • the frequency of the converted high-frequency voltage matches the frequency of the PWM signal, and the level of the converted high-frequency voltage depends on the duty ratio of the PWM signal.
  • the converted high-frequency voltage is applied to the primary winding L1 that forms the step-up transformer 20.
  • the secondary winding L2 forming the step-up transformer 20 is excited with a high-frequency voltage boosted to a different voltage depending on the transformation ratio.
  • One end and the other end of the secondary winding L2 are connected to an active electrode (small electrode) E11 and a passive electrode (large electrode) E12 for electric field coupling. Therefore, the high-frequency voltage boosted by the step-up transformer 20 is applied to the active electrode E11 and the passive electrode E12.
  • the power receiving device 30 is provided with an active electrode E21 and a passive electrode E22 for electric field coupling.
  • the active electrode E21 is connected to one end of the primary winding L3 via a switch SW21 provided in the power receiving circuit 32
  • the passive electrode E22 is connected to the other end of the primary winding L3 via a switch SW22 provided in the power receiving circuit 32. Connected.
  • the primary winding L3 and the secondary winding L4 form a step-down transformer 34.
  • the switches SW21 and SW22 are turned on by the CPU 44 at a time other than during wireless communication. Therefore, when a high-frequency voltage is excited in the active electrode E21 and the passive electrode E22 by electric field coupling with the active electrode E21 and the passive electrode E22 provided in the power transmission device 10, a high-frequency signal indicating a level corresponding to the step-down ratio of the step-down transformer 34. The voltage is also excited in the secondary coil L4.
  • the rectifying / smoothing circuit 36 rectifies and smoothes the high-frequency voltage excited by the secondary coil L4.
  • the DC-DC converter 38 adjusts the level of the DC voltage generated thereby, and supplies the DC voltage having the adjusted level to the mobile device 46.
  • the RF-IC 23 provided in the power transmission apparatus 10 provides a baseband signal to the RF circuit 24 when performing wireless communication with the power reception apparatus 30.
  • the RF circuit 24 modulates a given baseband signal into a high-frequency signal, and transmits the modulated high-frequency signal through a large antenna coil (feeding coil) 26.
  • the CPU 44 provided in the power receiving device 30 turns off the switches SW21 and SW22 when performing wireless communication with the power transmitting device 10. Accordingly, the passive electrode E22 functions as a booster antenna that is magnetically coupled to the small antenna coil (feeding coil) 40.
  • the high-frequency signal transmitted from the power transmission device 10 is input to the RF circuit 42 via the passive electrode E22 and the antenna coil 40.
  • the RF circuit 42 demodulates the input high-frequency signal into a baseband signal, and gives the demodulated baseband signal to the RF-IC 43.
  • the baseband signal output from the RF-IC 43 is modulated into a high frequency signal by the RF circuit 42, and the modulated high frequency signal is transmitted via the antenna coil 40 and the passive electrode E22.
  • the transmitted high frequency signal is input to the RF circuit 24 via the antenna coil 26 of the power transmission circuit 10 and demodulated into a baseband signal.
  • the demodulated burst band signal is supplied to the RF-IC 23.
  • step S1 In connection with the on / off control of the switches SW21 and SW22, the CPU 44 executes processing according to the flowchart shown in FIG. First, the switch SW21 is turned on in step S1, and the switch SW22 is turned on in step S3. In step S5, it is repeatedly determined whether or not wireless communication is started. When the determination result is updated from NO to YES, the switch SW21 is turned off in step S7, and the switch SW22 is turned off in step S9. In step S11, it is repeatedly determined whether or not the wireless communication is terminated, and when the determination result is updated from NO to YES, the process returns to step S1.
  • step S1 and step S3 may be reversed or may be performed simultaneously.
  • Steps S7 and S9 may also be reversed or performed simultaneously.
  • power reception device 30 has a plate-shaped or rectangular parallelepiped housing RHS in which each of one main surface and the other main surface is a rectangle.
  • the housing RHS houses the battery BT, and further houses the power receiving module RMD on which the power receiving circuit 32, the RF circuit 42, the RF-IC 43, and the CPU 44 are mounted. Note that one main surface of the housing RHS corresponds to the upper surface, and the other main surface of the housing RHS corresponds to the lower surface.
  • both the active electrode E21 and the passive electrode E22 are formed in a plate shape. Further, the thickness of the active electrode E21 matches the thickness of the passive electrode E22. However, when the area of the main surface of the active electrode E21 is compared with the area of the main surface of the passive electrode E22, the area of the main surface of the passive electrode E22 is much larger than the area of the main surface of the active electrode E21.
  • a rectangular opening OP wider than the main surface of the active electrode E21 is formed at the center of the main surface of the passive electrode E22.
  • the passive electrode E22 is further formed with a strip-shaped cutout CT that reaches the outer edge of the passive electrode E22 from the opening OP.
  • the direction of the one main surface of the active electrode E21 coincides with the direction of the one main surface of the passive electrode E22, and the direction of the other main surface of the active electrode E21 coincides with the direction of the other main surface of the passive electrode E22.
  • one main surface of each of the active electrode E21 and the passive electrode E22 corresponds to the upper surface
  • the other main surface of each of the active electrode E21 and the passive electrode E22 corresponds to the lower surface.
  • the active electrode E21 is housed inside the opening OP such that the long side forming the main surface thereof extends in parallel with the long side forming the main surface of the opening OP.
  • the antenna coil 40 is formed so as to draw a spiral with an axis extending in the vertical direction about the center of the opening OP.
  • the spiral is drawn outside the opening OP, and the opening that appears when the spiral is viewed from above is wider than the opening OP.
  • the active electrode E21 is formed on one main surface of the transparent sheet RS, and the passive electrode E22 and the antenna coil 40 are formed inside the transparent sheet RS.
  • the antenna coil 40 is formed below the passive electrode E22. That is, the passive electrode E22 is provided at a position lower than the active electrode E21, and the antenna coil 40 is provided at a position lower than the passive electrode E22.
  • the passive electrode E22 may be provided at the same height as the active electrode E21.
  • the area of the main surface of the magnetic sheet MG is smaller than the area of the main surface of the passive electrode E22, it is larger than the area of the opening OP. Therefore, when viewed from below, the antenna coil 40 is covered with the magnetic sheet MG.
  • the transparent sheet RS and the magnetic sheet MG are accommodated in the housing RHS such that one main surface of the transparent sheet RS is in contact with the back side of the one main surface of the housing RHS.
  • the passive electrode E22 for electric field coupling is opened when the switch SW22 is turned off during wireless communication, and functions as a booster antenna that is magnetically coupled to the antenna coil 40. This ensures high wireless communication performance even with a small size.
  • the switch SW21 is provided between the active electrode E21 and one end of the primary coil L3, and the switch SW22 is provided between the passive electrode E22 and the other end of the primary coil L3.
  • the switch SW21 may be omitted, and the active electrode E21 and one end of the primary coil L3 may be directly connected.
  • the switch SW22 may be omitted and the passive electrode E22 and the other end of the primary coil L3 may be directly connected. Further, both the switches SW21 and SW22 may be omitted.
  • the power transmission system 100 of another embodiment is the same as that of the embodiment of FIGS. 1 to 5 except that a part of the configuration of the power receiving apparatus 30 is different from the power receiving apparatus 30 shown in FIG. Therefore, the duplicate description regarding the same configuration is omitted.
  • passive electrodes E22_1 and E22_2 are provided instead of the passive electrode E22, and the switch SW22 is commonly connected to the passive electrodes E22_1 and E22_2.
  • active electrode E21 is provided at the center of one main surface of housing RHS.
  • the passive electrodes E22_1 and E22_2 are provided on the one main surface of the housing RHS so as to sandwich the active electrode E21 in a direction along the long side of the rectangle forming the one main surface of the housing RHS.
  • the active electrode E21 and the passive electrodes E22_1 to E22_2 are housed in the housing RHS in a state in which one main surface thereof is adhered to the back side of the one main surface of the housing RHS.
  • the direction of the one main surface of the magnetic sheet MG matches the direction of the one main surface of the housing RHS, and a part of the antenna coil 40 and the passive electrode E22_2 is viewed from above. It is stored in the housing RHS so as to overlap. Since one main surface of the passive electrode E22_2 is attached to the back side of the one main surface of the housing RHS, the antenna coil 40 is disposed at a position lower than the passive electrode E22_2.
  • the electric field coupling passive electrodes E22_1 and E22_2 are opened by turning off the switch SW22 during wireless communication.
  • the passive electrode E22_2 functions as a booster antenna that is magnetically coupled to the antenna coil 40 during wireless communication. This ensures high wireless communication performance even with a small size.
  • the active electrode E21 and the passive electrodes E22_1 to E22_2 are attached to the back side of one main surface of the housing RHS, and the power receiving module on which the power receiving circuit 32, the RF circuit 42, and the CPU 44 are mounted.
  • the RMD and the antenna coil 40 formed on the magnetic sheet MG are accommodated in the housing RHS.
  • a resin electrode sheet RS on which the active electrode E21, the passive electrodes E22_1 to E22_2, the antenna coil 40, and the magnetic sheet MG are formed is manufactured, and the power receiving circuit 32, RF An external power receiving module unit RMDU mounted with the circuit 42 and the RF-IC 43 is manufactured, and the electrode sheet RS is attached to one main surface of the housing RHS, and the power receiving module unit RMDU is detachable from the housing RHS. You may make it wear.
  • the antenna coil 40 is housed in the housing RHS so that a part of the antenna coil 40 overlaps with the passive electrode E22_2 when viewed from above the housing RHS.
  • the antenna coil 40 may be housed in the housing RHS so that a part of the antenna coil 40 overlaps with both the passive electrodes E22_1 and E22_2 when viewed from above the housing RHS.
  • a part of the antenna coil 40 may overlap with the active electrode E21.
  • the antenna coil 40 is formed or arranged in the manner shown in FIG.
  • the active electrode E21 and the passive electrodes E22_1 to E22_2 are provided on the back side of one main surface of the housing RHS.
  • the active electrode E21 is provided at the center of the one long side surface of the housing RHS
  • the passive electrode E22_1 is provided at a position extending from the other main surface of the housing RHS to the one long side surface and the other long side surface.
  • the passive electrode E22_2 may be provided at a position extending from one main surface of the housing RHS to one long side surface and the other long side surface.
  • the antenna coil 40 is mounted on the power receiving module RMD so as to be wound around the magnetic body MB and so that the winding axis is orthogonal to the long side surface of the housing RHS. Further, a part of the antenna coil 40 overlaps with both of the passive electrodes E22_1 and E22_2 when viewed from above the one long side surface of the housing RHS (see FIGS. 14A to 14B).
  • the power transmission system 100 includes a configuration common to the power transmission system 100 illustrated in FIG. 1, and thus a common reference number is assigned to the common configuration.
  • the antenna coil 40 is larger than the antenna coil 26.
  • the power transmission device 10 includes a power transmission device 10 that transmits a high-frequency voltage of 100 kHz to 10 MHz by an electric field coupling method, and a power reception device 30 that receives a high-frequency voltage transmitted from the power transmission device 10 by an electric field coupling method.
  • the power transmission device 10 and the power reception device 30 have a wireless communication function for communicating a high frequency signal of 13.56 MHz.
  • a high frequency voltage to be transmitted is generated by the power transmission circuit 14, and a high frequency signal is input / output by the RF-IC 23 and the RF circuit 24 under the control of the CPU 22.
  • the received high frequency voltage is converted into a DC voltage by the power receiving circuit 32, and the high frequency signal is input / output by the RF-IC 43 and the RF circuit 42 under the control of the CPU 44.
  • the control circuit 16 provided in the power transmission circuit 14 gives a PWM signal having a frequency of 100 kHz to 10 MHz to the drive circuit 18.
  • the drive circuit 18 converts the DC voltage supplied from the DC power supply 12 into a high frequency voltage according to the PWM signal supplied from the control circuit 16.
  • the frequency of the converted high-frequency voltage matches the frequency of the PWM signal, and the level of the converted high-frequency voltage depends on the duty ratio of the PWM signal.
  • the converted high-frequency voltage is applied to the primary winding L1 that forms the step-up transformer 20.
  • the secondary winding L2 forming the step-up transformer 20 is excited with a high-frequency voltage boosted to a different voltage depending on the transformation ratio.
  • One end of the secondary winding L2 is connected to an active electrode (small electrode) E11 for electric field coupling via a switch SW11, and the other end of the secondary winding L2 is a passive electrode (large electrode) E12_1 via a switch SW12. And E12_2.
  • the switches SW11 and SW12 are turned on by the CPU 22 at times other than during wireless communication. Therefore, the high-frequency voltage boosted by the step-up transformer 20 for power transmission is applied to the active electrode E11 via the switch SW11 and to the passive electrodes E12_1 to E12_2 via the switch SW12.
  • the power receiving device 30 is provided with an active electrode E21 and a passive electrode E22 for electric field coupling.
  • the active electrode E21 and the passive electrode E22 are connected to one end and the other end of the primary winding L3 that form the step-down transformer 34 together with the secondary winding L4.
  • the rectifying / smoothing circuit 36 rectifies and smoothes the high-frequency voltage excited by the secondary coil L4.
  • the DC-DC converter 38 adjusts the level of the DC voltage generated thereby, and supplies the DC voltage having the adjusted level to the mobile device 46.
  • the CPU 22 provided in the power transmission device 10 turns off the switches SW1 and SW2 when performing wireless communication with the power reception device 30.
  • the passive electrode E12_2 functions as a booster antenna that is magnetically coupled to the antenna coil 26.
  • the RF-IC 23 gives a baseband signal to the RF circuit 24 in order to perform wireless communication with the power receiving device 30.
  • the RF circuit 24 modulates the supplied baseband signal into a high frequency signal, and transmits the modulated high frequency signal through the antenna coil 26 and the passive electrode E12_2.
  • the transmitted high frequency signal is input to the RF circuit 42 via the antenna coil 40 provided in the power receiving device 30.
  • the RF circuit 42 demodulates the input high-frequency signal into a baseband signal, and gives the demodulated baseband signal to the RF-IC 43.
  • the baseband signal output from the RF-IC 43 is modulated into a high frequency signal by the RF circuit 42, and the modulated high frequency signal is transmitted through the antenna coil 40.
  • the transmitted high frequency signal is input to the RF circuit 24 via the antenna coil 26 of the power transmission device 10 and demodulated into a baseband signal.
  • the demodulated burst band signal is supplied to the RF-IC 23.
  • the CPU 22 executes a process according to the flowchart shown in FIG. First, the switch SW11 is turned on in step S21, and the switch SW12 is turned on in step S23. In step S25, it is repeatedly determined whether or not wireless communication is started. When the determination result is updated from NO to YES, the switch SW11 is turned off in step S27, and the switch SW12 is turned off in step S29. In step S31, it is repeatedly determined whether or not the wireless communication is terminated, and when the determination result is updated from NO to YES, the process returns to step S21.
  • step S21 and step S23 may be reversed or may be performed simultaneously.
  • Steps S27 and S29 may also be reversed or performed simultaneously.
  • power transmission device 10 includes a plate-shaped or rectangular parallelepiped housing THS in which one main surface and the other main surface each form a rectangle.
  • a power transmission module unit TMDU on which the power transmission circuit 14, the CPU 22, the RF-IC 23, and the RF circuit 24 are mounted is detachably attached to the housing THS. Note that one main surface of the housing THS corresponds to the upper surface, and the other main surface of the housing RHS corresponds to the lower surface.
  • the active electrode E11 and the passive electrodes E12_1 to E12_2 all have a common thickness and are formed in a plate shape. However, although the area of the main surface of the passive electrode E12_1 and the area of the main surface of the passive electrode E12_2 are common to each other, the area of the main surface of the active electrode E11 is much larger than the areas of the main surfaces of the passive electrodes E12_1 and E12_2. small.
  • the active electrode E11 is provided at the center of one main surface of the housing THS.
  • the passive electrodes E12_1 and E12_2 are provided on the one main surface of the housing THS so as to sandwich the active electrode E11 in a direction along the long side of the rectangle forming the one main surface of the housing RHS.
  • the active electrode E11 and the passive electrodes E12_1 to E12_2 are arranged at the same height.
  • the direction of the one main surface of the magnetic sheet MG matches the direction of the one main surface of the housing THS, and a part of the antenna coil 26 is connected to the passive electrode E12_2 when viewed from above. It is stored in the housing THS so as to overlap.
  • the antenna coil 22 is disposed at a position lower than the passive electrode E12_2.
  • the passive electrode E12_2 for electric field coupling is opened when the switch SW12 is turned off during wireless communication, and functions as a booster antenna that is magnetically coupled to the antenna coil 20.
  • the passive electrode E12_2 for electric field coupling is opened when the switch SW12 is turned off during wireless communication, and functions as a booster antenna that is magnetically coupled to the antenna coil 20.
  • the switch SW11 is provided between the active electrode E11 and one end of the secondary coil L2, and the switch SW12 is provided between each of the passive electrodes E12_1 and E12_2 and the other end of the secondary coil L2.
  • the switch SW11 may be omitted and the active electrode E11 and one end of the secondary coil L2 may be directly connected.
  • the switch SW12 may be omitted and the passive electrodes E12_1 and E12_2 may be directly connected to the other end of the secondary coil L2.
  • both the switches SW21 and SW22 may be omitted.

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Abstract

　アクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２は、送電装置１０に設けられたアクティブ電極Ｅ１１およびＥ１２と電界結合する。アクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２に励起された高周波電圧に基づく電力は、降圧トランス３４，整流平滑回路３６およびＤＣ－ＤＣコンバータ３８を介してモバイル装置４６に供給される。ＣＰＵ４４は、無線通信時にスイッチＳＷ２１およびＳ２２をオフする。パッシブ電極Ｅ２２は、アンテナコイル４０と磁界結合するブースターアンテナとして機能する。ＲＦ回路４２から出力された高周波信号はアンテナコイル４０およびパッシブ電極Ｅ２２を介して送信され、送電回路１０から送信された高周波信号はパッシブ電極Ｅ２２およびアンテナコイル４０を介してＲＦ回路４２に入力される。

Description

受電装置、送電装置および電力伝送システム
　この発明は、受電装置、送電装置および電力伝送システムに関し、特に電界結合方式に対応する、受電装置、送電装置および電力伝送システムに関する。
　電界結合方式で電力を伝送する装置の一例が特許文献１に開示されている。この装置は、互いに近距離に位置するエネルギー生成装置および消費装置で構成される。また、この装置は、非対称発振電気双極子間の相互作用の形でモデル化され、この双極子は、２つの電極間に置かれた高圧高周波発生器または高圧高周波電荷で構成される。これらの双極子は、互いに相互インフルエンスを及ぼす。電気エネルギーおよび／または情報は、ゆるやかに変化する可変状態であらゆる帯電導体の集合を取り囲むクーロン場を利用して遠隔搬送される。
　また、磁界結合方式で無線通信を行う電子機器の一例が特許文献２に開示されている。この電子機器は、巻回中心部をコイル開口部とするループ状または渦巻き状のコイル導体と、導体開口部およびこれに通じるスリット部を有した導体層とを備える。コイル導体を平面視したとき、コイル開口部は導体開口部と重なり、導体層の面積はコイル導体の形成領域の面積より大きく、コイル開口部および導体開口部を覆うように磁性体シートが設けられる。これによって、通信相手のアンテナよりも小型化しても安定した通信が可能となる。
特表２００９－５３１００９号公報 特開２０１１－９７６５７号公報
　しかし、特許文献１の電力伝送および特許文献２の無線通信を単一の装置で実現しようとすると、送受信アンテナおよび送受電用電極の両方を装置に搭載する必要がある。ここで、装置の大きさに制限があると、電力伝送および無線通信の少なくとも一方について所望の性能を確保できない。また、送受信アンテナおよび送受電用電極を近接して配置すると、一方が他方を干渉し、これによって電力伝送性能または無線通信性能が劣化してしまう。
　それゆえに、この発明の主たる目的は、電力伝送性能および無線通信性能の両方を高めることができる、受電装置、送電装置および電力伝送システムを提供することである。
　この発明に従う受電装置(30：実施例で相当する参照符号。以下同じ)は、無線通信用の給電コイル(40)、無線ＩＣチップ(43)と給電回路(42)とを備え、給電コイルを介して高周波信号の送受信を行う近距離無線通信手段(42~43)、送電装置(10)と電界結合する第１電極(E21)、送電装置との無線通信時に給電コイルと磁界結合するブースターアンテナとして機能し、送電装置からの受電時に第１電極と協働して送電装置と電界結合する第２電極として機能する導電体(E22, E22_1, E22_2)、および電界結合によって第１電極および導電体に励起された交流電圧に基づく電力を負荷(46)に供給する供給手段(34~38)を備える。
　好ましくは、供給手段は、第１電極および導電体に励起された交流電圧を降圧する降圧手段(34)、および降圧手段によって降圧された交流電圧を整流する整流手段(36)を含む。
　好ましくは、無線通信時に第１電極および導電体の少なくとも一方と供給手段との接続を遮断する遮断手段(SW21~SW22, S5~S11)がさらに備えられる。
　好ましくは、第１電極の面積は第２電極の面積よりも小さい。
　好ましくは、送電装置に面する受電面がさらに備えられ、受電面に対して、導電体は第１電極と同じ距離または第１電極よりも遠い距離に設けられ、給電コイルは導電体よりも遠い距離に設けられる。
　好ましくは、導電体は第１電極を囲むように配置される。
　好ましくは、給電コイルは平面コイルであり、そのコイル開口が受電面に対して対向するように配置されるとともに、給電コイルの受電面から遠い側の面に設けられた磁性体(MG)がさらに備えられる。
　この発明に従う送電装置(10)は、無線通信用の給電コイル(26)、無線ＩＣチップ(23)と給電回路(24)とを備え、給電コイルを介して高周波信号の送受信を行う近距離無線通信手段(23~24)、受電装置(30)と電界結合する第１電極(E11)、受電装置との無線通信時に給電コイルと磁界結合するブースターアンテナとして機能し、受電装置への送電時に第１電極と協働して受電装置と電界結合する第２電極として機能する導電体(E12_1, E12_2)、および交流電圧源(18)から出力された交流電圧を第１電極および導電体に供給する供給手段(20)を備える。
　この発明に従う電力伝送システム(100)は、電界結合方式で交流電圧を送電する送電装置(10)、および送電装置から送電された交流電圧を電界結合方式で受電する受電装置(30)を備える電力伝送システムであって、受電装置は、無線通信用の給電コイル(40)、無線ＩＣチップ(43)と給電回路(42)とを備え、給電コイルを介して高周波信号の送受信を行う近距離無線通信手段(42~43)、送電装置(10)と電界結合する第１電極(E21)、送電装置との無線通信時に給電コイルと磁界結合するブースターアンテナとして機能し、送電装置からの受電時に第１電極と協働して送電装置と電界結合する第２電極として機能する導電体(E22, E22_1, E22_2)、および電界結合によって第１電極および導電体に励起された交流電圧に基づく電力を負荷(46)に供給する供給手段(34~38)を備える。
　この発明に従う電力伝送システム(100)は、電界結合方式で交流電圧を送電する送電装置(10)、および送電装置から送電された交流電圧を電界結合方式で受電する受電装置(30)を備える電力伝送システムであって、送電装置は、無線通信用の給電コイル(26)、無線ＩＣチップ(23)と給電回路(24)とを備え、給電コイルを介して高周波信号の送受信を行う近距離無線通信手段(23~24)、受電装置(30)と電界結合する第１電極(E11)、受電装置との無線通信時に給電コイルと磁界結合するブースターアンテナとして機能し、受電装置への送電時に第１電極と協働して受電装置と電界結合する第２電極として機能する導電体(E12_1, E12_2)、および交流電圧源(18)から出力された交流電圧を第１電極および導電体に供給する供給手段(20)を備える。
　この発明によれば、受電時、導電体は電界結合用の第２電極として機能する。送電装置との電界結合は第１電極および導電体によって実現され、第１電極および導電体に励起された交流電圧に基づく電力は供給手段によって負荷に供給される。
　無線通信時、導電体はブースターアンテナとして機能する。送電装置から受信された高周波信号はブースターアンテナおよび給電コイルを介して近距離無線通信手段に入力され、近距離無線通信手段から出力された高周波信号は給電コイルおよびブースターアンテナを介して送電装置に送信される。
　これによって、導電体を電界結合用の電極および無線通信用のアンテナとして共用でき、小型でも電力伝送性能および無線通信性能の両方を高めることができる。
　この発明によれば、送電時、導電体は電界結合用の第２電極として機能する。受電装置との電界結合は第１電極および導電体によって実現され、交流電圧源から出力された交流電圧は、供給手段によって第１電極および導電体に供給される。
　無線通信時、導電体はブースターアンテナとして機能する。近距離無線通信手段から出力された高周波信号は給電コイルおよびブースターアンテナを介して受電装置に送信され、受電装置から受信された高周波信号はブースターアンテナおよび給電コイルを介して近距離無線通信手段に入力される。
　これによって、導電体を電界結合用の電極および無線通信用のアンテナとして共用でき、小型でも電力伝送性能および無線通信性能の両方を高めることができる。
　この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
この実施例の電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 図１に示す受電装置に設けられたＣＰＵの動作の一部を示すフロー図である。 図１に示す受電装置の外観の一例を示す斜視図である。 図３に示す受電装置のＡ－Ａ断面図である。 （Ａ）は図３に示す受電装置に設けられたアクティブ電極，パッシブ電極，アンテナコイルおよび磁性体シートの積層構造の一例を示す図解図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す積層構造のＢ－Ｂ断面図である。 他の実施例の電力伝送システムに適用される受電装置の構成を示すブロック図である。 図６に示す受電装置の外観の一例を示す斜視図である。 図７に示す受電装置のＣ－Ｃ断面図である。 図７に示す受電装置に設けられたアクティブ電極，パッシブ電極およびアンテナコイルの位置関係を示す図解図である。 その他の実施例の電力伝送システムに適用される受電装置の外観の一例を示す分解斜視図である。 図１０に示す受電装置のＤ－Ｄ断面図である。 図１０に示す受電装置に設けられたアクティブ電極，パッシブ電極およびアンテナコイルの位置関係を示す図解図である。 さらにその他の実施例の電力伝送システムに適用される受電装置の外観の一例を示す斜視図である。 （Ａ）は図１３に示す受電装置のＥ－Ｅ断面図であり、（Ｂ）は図１３に示す受電装置の長側面図である。 他の実施例の電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 図１５に示す送電装置に設けられたＣＰＵの動作の一部を示すフロー図である。 図１５に示す送電装置の外観の一例を示す斜視図である。 図１７に示す送電装置のＦ－Ｆ断面図である。
　図１を参照して、この実施例の電力伝送システム１００は、１００ｋＨｚ～１０ＭＨｚの高周波電圧を電界結合方式で送電する送電装置１０と、送電装置１０から送電された高周波電圧を電界結合方式で受電する受電装置３０とを備える。また、送電装置１０および受電装置３０は、１３．５６ＭＨｚの高周波信号を通信する無線通信機能を有する。
　送電装置１０において、送電すべき高周波電圧は送電回路１４によって生成され、高周波信号はＣＰＵ２２の制御の下でＲＦ－ＩＣ２３およびＲＦ回路（給電回路）２４によって入出力される。なお、ＲＦ－ＩＣ２３は直流電源１２ｂによって駆動される。また、受電装置３０において、受電された高周波電圧は受電回路３２によって直流電圧に変換され、高周波信号はＣＰＵ４４の制御の下でＲＦ－ＩＣ４３およびＲＦ回路（給電回路）４２によって入出力される。
　送電回路１４に設けられた制御回路１６は、１００ｋＨｚ～１０ＭＨｚの周波数を有するＰＷＭ信号を駆動回路１８に与える。駆動回路１８は、直流電源１２ａから供給された直流電圧を制御回路１６から与えられたＰＷＭ信号に従って高周波電圧に変換する。変換された高周波電圧の周波数はＰＷＭ信号の周波数と一致し、変換された高周波電圧のレベルはＰＷＭ信号のデューティ比に依存する。
　変換された高周波電圧は、昇圧トランス２０を形成する一次巻線Ｌ１に印加される。昇圧トランス２０を形成する二次巻線Ｌ２には、変圧比に応じて異なる電圧まで昇圧された高周波電圧が励起される。二次巻線Ｌ２の一方端および他方端は、電界結合用のアクティブ電極（小型電極）Ｅ１１およびパッシブ電極（大型電極）Ｅ１２と接続される。したがって、昇圧トランス２０によって昇圧された高周波電圧は、アクティブ電極Ｅ１１およびパッシブ電極Ｅ１２に印加される。
　受電装置３０には、電界結合用のアクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２が設けられる。アクティブ電極Ｅ２１は受電回路３２に設けられたスイッチＳＷ２１を介して一次巻線Ｌ３の一方端と接続され、パッシブ電極Ｅ２２は受電回路３２に設けられたスイッチＳＷ２２を介して一次巻線Ｌ３の他方端と接続される。
　一次巻線Ｌ３は、二次巻線Ｌ４とともに降圧トランス３４を形成する。また、スイッチＳＷ２１およびＳＷ２２は、無線通信時を除く時期にＣＰＵ４４によってオンされる。したがって、送電装置１０に設けられたアクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２との電界結合によってアクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２に高周波電圧が励起されると、降圧トランス３４の降圧比に応じたレベルを示す高周波電圧が二次コイルＬ４にも励起される。
　整流平滑回路３６は、二次コイルＬ４に励起された高周波電圧に整流平滑を施す。ＤＣ－ＤＣコンバータ３８は、これによって生成された直流電圧のレベルを調整し、調整後のレベルを有する直流電圧をモバイル装置４６に供給する。
　送電装置１０に設けられたＲＦ－ＩＣ２３は、受電装置３０と無線通信を行うとき、ベースバンド信号をＲＦ回路２４に与える。ＲＦ回路２４は与えられたベースバンド信号を高周波信号に変調し、変調された高周波信号を大型のアンテナコイル（給電コイル）２６を通して送信する。一方、受電装置３０に設けられたＣＰＵ４４は、送電装置１０と無線通信を行うとき、スイッチＳＷ２１およびＳＷ２２をオフする。これによって、パッシブ電極Ｅ２２は小型のアンテナコイル（給電コイル）４０と磁界結合するブースターアンテナとして機能する。
　送電装置１０から送信された高周波信号は、パッシブ電極Ｅ２２およびアンテナコイル４０を介してＲＦ回路４２に入力される。ＲＦ回路４２は入力された高周波信号をベースバンド信号に復調し、復調されたベースバンド信号をＲＦ－ＩＣ４３に与える。
　ＲＦ－ＩＣ４３から出力されたベースバンド信号はＲＦ回路４２によって高周波信号に変調され、変調された高周波信号はアンテナコイル４０およびパッシブ電極Ｅ２２を介して送信される。送信された高周波信号は、送電回路１０のアンテナコイル２６を介してＲＦ回路２４に入力され、ベースバンド信号に復調される。復調されたバースバンド信号は、ＲＦ－ＩＣ２３に与えられる。
　スイッチＳＷ２１およびＳＷ２２のオン／オフ制御に関連して、ＣＰＵ４４は、図２に示すフロー図に従う処理を実行する。まずステップＳ１でスイッチＳＷ２１をオンし、ステップＳ３でスイッチＳＷ２２をオンする。ステップＳ５では無線通信が開始されたか否かを繰り返し判別する。判別結果がＮＯからＹＥＳに更新されると、ステップＳ７でスイッチＳＷ２１をオフし、ステップＳ９でスイッチＳＷ２２をオフする。ステップＳ１１では無線通信が終了されたか否かを繰り返し判別し、判別結果がＮＯからＹＥＳに更新されるとステップＳ１に戻る。
　ここで、ステップＳ１とステップＳ３は逆にしてもよいし、同時に行ってもよい。ステップＳ７とステップＳ９も逆にしてもよいし、同時に行ってもよい。
　図３および図４を参照して、受電装置３０は、一方主面および他方主面の各々が長方形をなす板状ないし直方体状の筐体ＲＨＳを有する。筐体ＲＨＳには、バッテリＢＴが収められ、さらに受電回路３２，ＲＦ回路４２，ＲＦ－ＩＣ４３およびＣＰＵ４４が実装された受電モジュールＲＭＤが収められる。なお、筐体ＲＨＳの一方主面が上面に相当し、筐体ＲＨＳの他方主面が下面に相当する。
　図５（Ａ）および図５（Ｂ）をさらに参照して、アクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２はいずれも板状に形成される。また、アクティブ電極Ｅ２１の厚みは、パッシブ電極Ｅ２２の厚みと一致する。ただし、アクティブ電極Ｅ２１の主面の面積とパッシブ電極Ｅ２２の主面の面積とを比較すると、パッシブ電極Ｅ２２の主面の面積がアクティブ電極Ｅ２１の主面の面積よりも格段に大きい。また、パッシブ電極Ｅ２２の主面の中心には、アクティブ電極Ｅ２１の主面よりも広い矩形の開口ＯＰが形成される。パッシブ電極Ｅ２２にはさらに、開口ＯＰからパッシブ電極Ｅ２２の外縁に達する帯状の切り欠きＣＴが形成される。
　アクティブ電極Ｅ２１の一方主面の向きはパッシブ電極Ｅ２２の一方主面の向きと一致し、アクティブ電極Ｅ２１の他方主面の向きはパッシブ電極Ｅ２２の他方主面の向きと一致する。ここで、アクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２の各々の一方主面が上面に相当し、アクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２の各々の他方主面が下面に相当する。上方から眺めたとき、アクティブ電極Ｅ２１は、その主面をなす長辺が開口ＯＰの主面をなす長辺と平行に延びる姿勢で、開口ＯＰの内側に収められる。
　アンテナコイル４０は、開口ＯＰの中心を上下方向に延びる軸を中心として螺旋を描くように形成される。螺旋は開口ＯＰの外側に描かれ、螺旋を上方から眺めたときに現れる開口は開口ＯＰよりも広くなる。
　このようなサイズないし形状を有するアクティブ電極Ｅ２１，パッシブ電極Ｅ２２およびアンテナコイル４０は、樹脂製の透明シートＲＳの一方主面（＝上面）および内部に形成される。具体的には、アクティブ電極Ｅ２１は透明シートＲＳの一方主面に形成され、パッシブ電極Ｅ２２およびアンテナコイル４０は透明シートＲＳの内部に形成される。透明シートの厚み方向（＝上下方向）において、アンテナコイル４０は、パッシブ電極Ｅ２２よりも下側に形成される。つまり、パッシブ電極Ｅ２２は、アクティブ電極Ｅ２１よりも低い位置に設けられ、アンテナコイル４０はパッシブ電極Ｅ２２よりも低い位置に設けられる。なお、パッシブ電極Ｅ２２はアクティブ電極Ｅ２１と同じ高さ位置に設けるようにしてもよい。
　磁性体シートＭＧは、その一方主面（＝上面）が透明シートＲＳの他方主面（＝下面）に当接するように、透明シートＲＳに貼着される。磁性体シートＭＧの主面の面積は、パッシブ電極Ｅ２２の主面の面積よりも小さいものの、開口ＯＰの面積よりも大きい。したがって、下方から眺めたとき、アンテナコイル４０は、磁性体シートＭＧによって覆われる。図３および図４に戻って、透明シートＲＳおよび磁性体シートＭＧは、透明シートＲＳの一方主面が筐体ＲＨＳの一方主面の裏側に当接するように筐体ＲＨＳに収められる。
　以上の説明から分かるように、電界結合用のパッシブ電極Ｅ２２は、無線通信時にスイッチＳＷ２２のオフによって開放され、アンテナコイル４０と磁界結合するブースターアンテナとして機能する。これによって、小型でも高い無線通信性能が確保される。
　なお、この実施例では、アクティブ電極Ｅ２１と一次コイルＬ３の一方端との間にスイッチＳＷ２１を設け、パッシブ電極Ｅ２２と一次コイルＬ３の他方端との間にスイッチＳＷ２２を設けるようにしているが、スイッチＳＷ２１を省略してアクティブ電極Ｅ２１と一次コイルＬ３の一方端とを直接的に接続するようにしてもよい。また、スイッチＳＷ２２を省略してパッシブ電極Ｅ２２と一次コイルＬ３の他方端とを直接的に接続してもよい。さらに、スイッチＳＷ２１およびＳＷ２２の両方を省略してもよい。
　図６を参照して、他の実施例の電力伝送システム１００は、受電装置３０の構成の一部が図１に示す受電装置３０と相違する点を除き、図１～図５実施例と同様であるため、同様の構成に関する重複した説明は省略する。
　図６によれば、パッシブ電極Ｅ２２の代わりにパッシブ電極Ｅ２２＿１およびＥ２２＿２が設けられ、スイッチＳＷ２２はパッシブ電極Ｅ２２＿１およびＥ２２＿２に共通的に接続される。図７～図９を参照して、アクティブ電極Ｅ２１は、筐体ＲＨＳの一方主面の中央に設けられる。これに対して、パッシブ電極Ｅ２２＿１およびＥ２２＿２は、筐体ＲＨＳの一方主面をなす長方形の長辺に沿う方向においてアクティブ電極Ｅ２１を挟むように、筐体ＲＨＳの一方主面に設けられる。ここで、アクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２＿１～Ｅ２２＿２は、これらの一方主面が筐体ＲＨＳの一方主面の裏側に貼着された状態で筐体ＲＨＳに収められる。
　アンテナコイル４０は、磁性体シートＭＧの主面の中心を軸として螺旋を描くように、磁性体シートＭＧの一方主面（＝上面）に形成される。アンテナコイル４０および磁性体シートＭＧは、磁性体シートＭＧの一方主面の向きが筐体ＲＨＳの一方主面の向きと一致し、かつ上方から眺めてアンテナコイル４０の一部がパッシブ電極Ｅ２２＿２と重複するように筐体ＲＨＳに収められる。パッシブ電極Ｅ２２＿２の一方主面は筐体ＲＨＳの一方主面の裏側に貼着されるため、アンテナコイル４０はパッシブ電極Ｅ２２＿２よりも低い位置に配置される。
　この実施例においても、電界結合用のパッシブ電極Ｅ２２＿１およびＥ２２＿２は、無線通信時にスイッチＳＷ２２のオフによって開放される。また、パッシブ電極Ｅ２２＿２は、無線通信時にアンテナコイル４０と磁界結合するブースターアンテナとして機能する。これによって、小型でも高い無線通信性能が確保される。
　なお、図６～図９実施例では、アクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２＿１～Ｅ２２＿２を筐体ＲＨＳの一方主面の裏側に貼着し、受電回路３２，ＲＦ回路４２およびＣＰＵ４４が実装された受電モジュールＲＭＤと磁性体シートＭＧ上に形成されたアンテナコイル４０とを筐体ＲＨＳに収めるようにしている。
　しかし、図１０～図１１に示すように、アクティブ電極Ｅ２１，パッシブ電極Ｅ２２＿１～Ｅ２２＿２，アンテナコイル４０および磁性体シートＭＧが形成された樹脂製の電極シートＲＳを作製するとともに、受電回路３２，ＲＦ回路４２およびＲＦ－ＩＣ４３が実装された外付けの受電モジュールユニットＲＭＤＵを作製し、電極シートＲＳを筐体ＲＨＳの一方主面に貼着するとともに、受電モジュールユニットＲＭＤＵを筐体ＲＨＳに着脱自在に装着するようにしてもよい。
　さらに、図６～図９実施例では、筐体ＲＨＳの上方から眺めてアンテナコイル４０の一部がパッシブ電極Ｅ２２＿２と重複するように、アンテナコイル４０を筐体ＲＨＳに収めるようにしている。しかし、筐体ＲＨＳの上方から眺めてアンテナコイル４０の一部がパッシブ電極Ｅ２２＿１およびＥ２２＿２の両方と重複するように、アンテナコイル４０を筐体ＲＨＳに収めるようにしてもよい。また、さらにアンテナコイル４０の一部がアクティブ電極Ｅ２１と重複するようにしてもよい。この場合、アンテナコイル４０は図１２に示す態様で形成ないし配置される。
　また、図６～図９実施例では、アクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２＿１～Ｅ２２＿２は筐体ＲＨＳの一方主面の裏側に設けるようにしている。しかし、図１３に示すように、筐体ＲＨＳの一方長側面の中央にアクティブ電極Ｅ２１を設け、筐体ＲＨＳの他方主面から一方長側面および他方長側面に及ぶ位置にパッシブ電極Ｅ２２＿１を設け、筐体ＲＨＳの一方主面から一方長側面および他方長側面に及ぶ位置にパッシブ電極Ｅ２２＿２を設けるようにしてもよい。このとき、アンテナコイル４０は、磁性体ＭＢに巻回されかつ巻回軸が筐体ＲＨＳの長側面と直交するように受電モジュールＲＭＤに実装される。また、筐体ＲＨＳの一方長側面の上方から眺めてアンテナコイル４０の一部がパッシブ電極Ｅ２２＿１およびＥ２２＿２の両方と重複される（図１４（Ａ）～図１４（Ｂ）参照）。
　図１５を参照して、その他の実施例の電力伝送システム１００は、図１に示す電力伝送システム１００と共通する構成を含むため、共通する構成については共通の参照番号を割り当てる。なお、この実施例では、アンテナコイル４０の方がアンテナコイル２６よりも大きい。
　送電装置１０は、１００ｋＨｚ～１０ＭＨｚの高周波電圧を電界結合方式で送電する送電装置１０と、送電装置１０から送電された高周波電圧を電界結合方式で受電する受電装置３０とを備える。また、送電装置１０および受電装置３０は、１３．５６ＭＨｚの高周波信号を通信する無線通信機能を有する。
　送電装置１０においても、送電すべき高周波電圧は送電回路１４によって生成され、高周波信号はＣＰＵ２２の制御の下でＲＦ－ＩＣ２３およびＲＦ回路２４によって入出力される。また、受電装置３０において、受電された高周波電圧は受電回路３２によって直流電圧に変換され、高周波信号はＣＰＵ４４の制御の下でＲＦ－ＩＣ４３およびＲＦ回路４２によって入出力される。
　送電回路１４に設けられた制御回路１６は、１００ｋＨｚ～１０ＭＨｚの周波数を有するＰＷＭ信号を駆動回路１８に与える。駆動回路１８は、直流電源１２から供給された直流電圧を制御回路１６から与えられたＰＷＭ信号に従って高周波電圧に変換する。変換された高周波電圧の周波数はＰＷＭ信号の周波数と一致し、変換された高周波電圧のレベルはＰＷＭ信号のデューティ比に依存する。
　変換された高周波電圧は、昇圧トランス２０を形成する一次巻線Ｌ１に印加される。昇圧トランス２０を形成する二次巻線Ｌ２には、変圧比に応じて異なる電圧まで昇圧された高周波電圧が励起される。二次巻線Ｌ２の一方端はスイッチＳＷ１１を介して電界結合用のアクティブ電極（小型電極）Ｅ１１と接続され、二次巻線Ｌ２の他方端はスイッチＳＷ１２を介してパッシブ電極（大型電極）Ｅ１２＿１およびＥ１２＿２と接続される。
　スイッチＳＷ１１およびＳＷ１２は、無線通信時を除く時期にＣＰＵ２２によってオンされる。したがって、送電のために昇圧トランス２０によって昇圧された高周波電圧は、スイッチＳＷ１１を介してアクティブ電極Ｅ１１に印加されるとともに、スイッチＳＷ１２を介してパッシブ電極Ｅ１２＿１～Ｅ１２＿２に印加される。
　受電装置３０には、電界結合用のアクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２が設けられる。アクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２はそれぞれ、二次巻線Ｌ４とともに降圧トランス３４を形成する一次巻線Ｌ３の一方端および他方端と接続される。
　したがって、送電装置１０に設けられたアクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２との電界結合によってアクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２に高周波電圧が励起されると、降圧トランス３４の降圧比に応じたレベルを示す高周波電圧が二次コイルＬ４にも励起される。
　整流平滑回路３６は、二次コイルＬ４に励起された高周波電圧に整流平滑を施す。ＤＣ－ＤＣコンバータ３８は、これによって生成された直流電圧のレベルを調整し、調整後のレベルを有する直流電圧をモバイル装置４６に供給する。
　送電装置１０に設けられたＣＰＵ２２は、受電装置３０と無線通信を行うとき、スイッチＳＷ１およびＳＷ２をオフする。これによって、パッシブ電極Ｅ１２＿２はアンテナコイル２６と磁界結合するブースターアンテナとして機能する。
　ＲＦ－ＩＣ２３は、受電装置３０と無線通信を行うために、ベースバンド信号をＲＦ回路２４に与える。ＲＦ回路２４は与えられたベースバンド信号を高周波信号に変調し、変調された高周波信号をアンテナコイル２６およびパッシブ電極Ｅ１２＿２を通して送信する。
　送信された高周波信号は、受電装置３０に設けられたアンテナコイル４０を介してＲＦ回路４２に入力される。ＲＦ回路４２は入力された高周波信号をベースバンド信号に復調し、復調されたベースバンド信号をＲＦ－ＩＣ４３に与える。ＲＦ－ＩＣ４３から出力されたベースバンド信号はＲＦ回路４２によって高周波信号に変調され、変調された高周波信号はアンテナコイル４０を介して送信される。送信された高周波信号は、送電装置１０のアンテナコイル２６を介してＲＦ回路２４に入力され、ベースバンド信号に復調される。復調されたバースバンド信号は、ＲＦ－ＩＣ２３に与えられる。
　スイッチＳＷ１１およびＳＷ１２のオン／オフ制御に関連して、ＣＰＵ２２は、図１６に示すフロー図に従う処理を実行する。まずステップＳ２１でスイッチＳＷ１１をオンし、ステップＳ２３でスイッチＳＷ１２をオンする。ステップＳ２５では無線通信が開始されたか否かを繰り返し判別する。判別結果がＮＯからＹＥＳに更新されると、ステップＳ２７でスイッチＳＷ１１をオフし、ステップＳ２９でスイッチＳＷ１２をオフする。ステップＳ３１では無線通信が終了されたか否かを繰り返し判別し、判別結果がＮＯからＹＥＳに更新されるとステップＳ２１に戻る。
　ここで、ステップＳ２１とステップＳ２３は逆にしてもよいし、同時に行ってもよい。ステップＳ２７とステップＳ２９も逆にしてもよいし、同時に行ってもよい。
　図１７および図１８を参照して、送電装置１０は、一方主面および他方主面の各々が長方形をなす板状ないし直方体状の筐体ＴＨＳを有する。筐体ＴＨＳには、送電回路１４，ＣＰＵ２２，ＲＦ－ＩＣ２３およびＲＦ回路２４が実装された送電モジュールユニットＴＭＤＵが着脱自在に装着される。なお、筐体ＴＨＳの一方主面が上面に相当し、筐体ＲＨＳの他方主面が下面に相当する。
　アクティブ電極Ｅ１１およびパッシブ電極Ｅ１２＿１～Ｅ１２＿２はいずれも、共通の厚みを有して板状に形成される。ただし、パッシブ電極Ｅ１２＿１の主面の面積およびパッシブ電極Ｅ１２＿２の主面の面積は互いに共通するものの、アクティブ電極Ｅ１１の主面の面積はパッシブ電極Ｅ１２＿１およびＥ１２＿２の各々の主面の面積よりも格段に小さい。
　アクティブ電極Ｅ１１は、筐体ＴＨＳの一方主面の中央に設けられる。これに対して、パッシブ電極Ｅ１２＿１およびＥ１２＿２は、筐体ＲＨＳの一方主面をなす長方形の長辺に沿う方向においてアクティブ電極Ｅ１１を挟むように、筐体ＴＨＳの一方主面に設けられる。筐体ＴＨＳの厚み方向（＝上下方向）においては、アクティブ電極Ｅ１１およびパッシブ電極Ｅ１２＿１～Ｅ１２＿２は互いに同じ高さに配置される。
　アンテナコイル２６は、磁性体シートＭＧの主面の中心を軸として螺旋を描くように、磁性体シートＭＧの一方主面（＝上面）に形成される。アンテナコイル２６および磁性体シートＭＧは、磁性体シートＭＧの一方主面の向きが筐体ＴＨＳの一方主面の向きと一致し、かつ上方から眺めてアンテナコイル２６の一部がパッシブ電極Ｅ１２＿２と重複するように筐体ＴＨＳに収められる。また、アンテナコイル２２はパッシブ電極Ｅ１２＿２よりも低い位置に配置される。
　以上の説明から分かるように、電界結合用のパッシブ電極Ｅ１２＿２は、無線通信時にスイッチＳＷ１２のオフによって開放され、アンテナコイル２０と磁界結合するブースターアンテナとして機能する。これによって、送電装置１０を小型化しても高い無線通信性能が確保される。
　なお、この実施例では、アクティブ電極Ｅ１１と二次コイルＬ２の一方端との間にスイッチＳＷ１１を設け、パッシブ電極Ｅ１２＿１およびＥ１２＿２の各々と二次コイルＬ２の他方端との間にスイッチＳＷ１２を設けるようにしているが、スイッチＳＷ１１を省略してアクティブ電極Ｅ１１と二次コイルＬ２の一方端とを直接的に接続するようにしてもよい。また、スイッチＳＷ１２を省略してパッシブ電極Ｅ１２＿１およびＥ１２＿２と二次コイルＬ２の他方端とを直接的に接続してもよい。さらに、スイッチＳＷ２１およびＳＷ２２の両方を省略してもよい。
　１０　…送電装置
　１６　…制御回路
　２０　…昇圧トランス
　２４，４２　…ＲＦ回路
　２６，４０　…アンテナコイル
　３０　…受電装置
　３６　…降圧トランス
　４４　…ＣＰＵ
　１００　…電力伝送システム

Claims (10)

  1. 　無線通信用の給電コイル、
    　無線ＩＣチップと給電回路とを備え、前記給電コイルを介して高周波信号の送受信を行う近距離無線通信手段、
    　送電装置と電界結合する第１電極、
    　前記送電装置との無線通信時に前記給電コイルと磁界結合するブースターアンテナとして機能し、前記送電装置からの受電時に前記第１電極と協働して前記送電装置と電界結合する第２電極として機能する導電体、および
    　電界結合によって前記第１電極および前記導電体に励起された交流電圧に基づく電力を負荷に供給する供給手段を備える、受電装置。
  2. 　前記供給手段は、前記第１電極および前記導電体に励起された交流電圧を降圧する降圧手段、および前記降圧手段によって降圧された交流電圧を整流する整流手段を含む、請求項１記載の受電装置。
  3. 　無線通信時に前記第１電極および前記導電体の少なくとも一方と前記供給手段との接続を遮断する遮断手段をさらに備える、請求項１または２記載の受電装置。
  4. 　前記第１電極の面積は前記第２電極の面積よりも小さい、請求項１ないし３のいずれかに記載の受電装置。
  5. 　前記送電装置に面する受電面をさらに備え、
    　前記受電面に対して、前記導電体は前記第１電極と同じ距離または前記第１電極よりも遠い距離に設けられ、前記給電コイルは前記導電体よりも遠い距離に設けられる、請求項１ないし４のいずれかに記載の受電装置。
  6. 　前記導電体は前記第１電極を囲むように配置される、請求項１ないし５のいずれかに記載の受電装置。
  7. 　前記給電コイルは平面コイルであり、そのコイル開口が前記受電面に対して対向するように配置されるとともに、前記給電コイルの前記受電面から遠い側の面に設けられた磁性体をさらに備える、請求項１ないし６のいずれかに記載の受電装置。
  8. 　無線通信用の給電コイル、
    　無線ＩＣチップと給電回路とを備え、前記給電コイルを介して高周波信号の送受信を行う近距離無線通信手段、
    　受電装置と電界結合する第１電極、
    　前記受電装置との無線通信時に前記給電コイルと磁界結合するブースターアンテナとして機能し、前記受電装置への送電時に前記第１電極と協働して前記受電装置と電界結合する第２電極として機能する導電体、および
    　交流電圧源から出力された交流電圧を前記第１電極および前記導電体に供給する供給手段を備える、送電装置。
  9. 　電界結合方式で交流電圧を送電する送電装置、および前記送電装置から送電された交流電圧を前記電界結合方式で受電する受電装置を備える電力伝送システムであって、
    　前記受電装置は、
    　無線通信用の給電コイル、
    　無線ＩＣチップと給電回路とを備え、前記給電コイルを介して高周波信号の送受信を行う近距離無線通信手段、
    　前記送電装置と電界結合する第１電極、
    　前記送電装置との無線通信時に前記給電コイルと磁界結合するブースターアンテナとして機能し、前記送電装置からの受電時に前記第１電極と協働して前記送電装置と電界結合する第２電極として機能する導電体、および
    　電界結合によって前記第１電極および前記導電体に励起された交流電圧に基づく電力を負荷に供給する供給手段を備える、電力伝送システム。
  10. 　電界結合方式で交流電圧を送電する送電装置、および前記送電装置から送電された交流電圧を前記電界結合方式で受電する受電装置を備える電力伝送システムであって、
    　前記送電装置は、
    　無線通信用の給電コイル、
    　無線ＩＣチップと給電回路とを備え、前記給電コイルを介して高周波信号の送受信を行う近距離無線通信手段、
    　前記受電装置と電界結合する第１電極、
    　前記受電装置との無線通信時に前記給電コイルと磁界結合するブースターアンテナとして機能し、前記受電装置への送電時に前記第１電極と協働して前記受電装置と電界結合する第２電極として機能する導電体、および
    　交流電圧源から出力された交流電圧を前記第１電極および前記導電体に供給する供給手段を備える、電力伝送システム。
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