WO2019064339A1 - 電力伝送システム、受電器、及び、受電器の制御方法 - Google Patents

電力伝送システム、受電器、及び、受電器の制御方法 Download PDF

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昭嘉 内田
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富士通株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a power transmission system, a power receiver, and a control method of the power receiver.
  • a wireless charger for connecting to a charging device via a wireless communication network, for a transmitter configured to transmit a power signal, and one or more connection requests transmitted by the device
  • a wireless charger that includes a device scanner configured to scan.
  • the apparatus may further include a load detector configured to detect a load based on the transmitted power signal, and the device scanner may scan for one or more connection requests based on the detected load. Furthermore, it comprises (for example, refer patent document 1).
  • the power transmission machine detects the change of the load of a charging device, and detects the presence or absence of a power receiving device.
  • a power transmission system is a power transmission system including a power transmitter transmitting power by magnetic field resonance or electric field resonance, and one or more power receivers receiving power transmitted from the power transmitter. And the power transmitter transmits a first transmission power for constructing a predetermined pulse-like beacon signal by the magnetic field resonance or the electric field resonance, and a primary side for transmitting one of continuous second transmission power.
  • An operation detection that includes a resonance coil, and the power receiver detects a predetermined operation of a user, and a secondary resonance coil that receives power transmitted from the primary resonance coil by the magnetic field resonance or the electric field resonance.
  • a mode control unit for starting a detection mode for detecting the beacon signal when the predetermined operation is detected by the operation detection unit; When tone signal is detected, and a signal transmitter for transmitting the response signal.
  • FIG. 1 is a diagram showing a power transmitter and a power receiver of a first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a control unit of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a control unit of the first embodiment.
  • 5 is a flowchart showing processing executed by the control unit of the first embodiment.
  • 5 is a flowchart showing processing executed by the control unit of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing an operation example of the power transfer system of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing a power transmitter and a power receiver of a second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a control unit of a second embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a power transmitter and a power receiver of a first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a control unit of the first embodiment.
  • 5 is a flowchart showing processing executed by the control unit of the first embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a power transfer system 50. As shown in FIG. 1
  • the power transmission system 50 includes an AC power supply 1, a primary side (power transmission side) power transmitter 100, and a secondary side (power receiving side) power receiver 200.
  • the power transmission system 50 may include a plurality of power transmitters 100 and power receivers 200.
  • the power transmitter 100 has a primary side coil 11 and a primary side resonant coil 12.
  • the power receiver 200 has a secondary side resonant coil 21 and a secondary side coil 22.
  • a load device 30 is connected to the secondary coil 22.
  • the frequency of the AC voltage output from the AC power supply 1 is 6.78 MHz
  • the resonance frequency of the primary side resonant coil 12 and the secondary side resonant coil 21 is 6.78 MHz.
  • the alternating current power supply 1 is an example of a high frequency power supply.
  • Power transmission from the primary coil 11 to the primary resonance coil 12 is performed using electromagnetic induction, and power transmission from the secondary resonance coil 21 to the secondary coil 22 also uses electromagnetic induction. Be done.
  • FIG. 1 shows a mode in which the power transmission system 50 includes the primary side coil 11, but the power transmission system 50 may not include the primary side coil 11, and in this case, the primary side resonant coil 12 may
  • the AC power supply 1 may be directly connected, and similarly, a form including the secondary side coil 22 is shown, but the power transmission system 50 may not include the secondary side coil 22, and in this case, the secondary The load device 30 may be directly connected to the side resonance coil 21.
  • FIG. 2 is a diagram showing the power transmitter 100 and the power receiver 200 of the first embodiment.
  • the power receiver 200 is incorporated in the electronic device 300.
  • the electronic device 300 includes a power receiver 200, a battery 80, and an information processing unit 310, and is, for example, a tablet computer, a smart phone terminal, a smart watch, a game machine, or the like.
  • the electronic device 300 may further include a display panel, a touch panel, a speaker, and the like.
  • the information processing unit 310 is driven by the power supplied from the battery 80.
  • the power transmitter 100 includes an AC power supply 1, a primary coil 11, a primary resonance coil 12, a matching circuit 14, a high frequency amplifier 15, a capacitor 16, an antenna 17, and a control unit 110. Also, the part excluding the AC power supply 1 may be handled as the power transmitter 100. In this case, the AC power supply 1 and the power transmitter 100 may be combined and handled as a power transmission device.
  • the power receiver 200 includes a secondary side resonance coil 210, a rectifier circuit 220, a smoothing capacitor 230, a voltage detection unit 240, a DC (Direct Current) -DC converter 250, a control unit 260, a mode switch 270, an antenna 280, and an output terminal 290A. , 290B.
  • the battery 80 is connected to the output terminals 290A and 290B.
  • the load circuit is a battery 80.
  • the secondary side resonance coil 210 is directly connected to the rectifier circuit 220 without passing through the secondary side coil 22 (see FIG. 1).
  • the primary side coil 11 is a loop-like coil, and is connected to the AC power supply 1 via the matching circuit 14 and the high frequency amplifier 15 between both ends.
  • the primary side coil 11 is disposed in close proximity to the primary side resonant coil 12 in a noncontact manner, and is electromagnetically coupled to the primary side resonant coil 12. It is desirable that the primary side coil 11 be disposed such that its central axis coincides with the central axis of the primary side resonant coil 12, but it does not have to be the case.
  • the alignment of the central axes improves the coupling strength between the primary side coil 11 and the primary side resonant coil 12 and suppresses leakage of the magnetic flux, so that unnecessary electromagnetic fields are generated by the primary side coil 11 and the primary side resonant coil. It is for suppressing generating around 12.
  • the primary side coil 11 generates a magnetic field by the AC power supplied from the AC power supply 1 through the matching circuit 14 and the high frequency amplifier 15, and transmits the power to the primary side resonance coil 12 by electromagnetic induction (mutual induction).
  • the primary side resonance coil 12 is disposed close to the primary side coil 11 in a non-contact manner, and is electromagnetically coupled to the primary side coil 11. Also, the primary side resonance coil 12 has a predetermined resonance frequency and is designed to have a high Q value. The resonant frequency of the primary side resonant coil 12 is set to be equal to the resonant frequency of the secondary side resonant coil 210. A capacitor 16 for adjusting the resonance frequency is connected in series between both ends of the primary side resonance coil 12.
  • the resonance frequency of the primary side resonance coil 12 is set to be the same as the frequency of the AC power output from the AC power supply 1.
  • the resonant frequency of the primary side resonant coil 12 is determined by the inductance of the primary side resonant coil 12 and the capacitance of the capacitor 16. Therefore, the inductance of the primary side resonant coil 12 and the capacitance of the capacitor 16 are set so that the resonant frequency of the primary side resonant coil 12 is the same frequency as the frequency of the AC power output from the AC power supply 1 It is done.
  • the matching circuit 14 is inserted for impedance matching between the primary side coil 11 and the AC power supply 1 and includes an inductor L and a capacitor C.
  • the AC power supply 1 is a power supply that outputs AC power of a frequency required for magnetic field resonance, and incorporates an amplifier that amplifies the output power.
  • the AC power supply 1 outputs high frequency AC power of, for example, several tens of kHz to several tens of MHz.
  • the high frequency amplifier 15 amplifies the power (transmission power) input from the AC power supply 1 and outputs the amplified power to the matching circuit 14.
  • the amplification factor of the high frequency amplifier 15 is controlled by the control unit 110.
  • the capacitor 16 is a capacitor inserted in series between both ends of the primary side resonance coil 12.
  • the capacitor 16 is provided to adjust the resonant frequency of the primary side resonant coil 12.
  • the capacitor 16 may be a variable capacitance capacitor, in which case the capacitance is set by the control unit 110.
  • the antenna 17 may be, for example, an antenna capable of performing short distance wireless communication such as Bluetooth (registered trademark).
  • the antenna 17 is connected to the control unit 110, and is used when performing data communication with the power receiver 200.
  • the control unit 110 performs control to cause the AC power supply 1 to output either a beacon signal or transmission power for charging.
  • a mode for outputting transmission power for a beacon signal is a beacon signal output mode, and a mode for outputting transmission power for charging is a charge power transmission mode.
  • the beacon signal is constructed, for example, by alternately repeating a period for outputting the same high frequency power as the transmission power for charging for a predetermined short period and a period for not outputting for a predetermined period longer than the predetermined short period. It is a pulsed signal using high frequency power.
  • the high frequency power outputted for a predetermined short period constitutes one pulse, and one pulse includes high frequency power of a plurality of cycles.
  • the pulse width of the beacon signal is predetermined.
  • the beacon signal is an example of the first transmission power.
  • the transmission power for charging is not a pulse but a continuous high frequency power having a constant amplitude, and is an example of the second transmission power.
  • control unit 110 controls the transmission power by controlling the amplification factor of the high frequency amplifier 15, and the resonance frequency of the primary side resonance coil 12 is set to the same frequency as the frequency of the AC power output from the AC power supply 1.
  • the capacitance of the capacitor 16 is adjusted so that Since the resonance frequency is predetermined, the capacitance of the capacitor 16 is also a predetermined fixed value.
  • the secondary side resonant coil 210 has the same resonant frequency as the primary side resonant coil 12 and is designed to have a high Q value.
  • the secondary side resonance coil 210 includes a coil unit 211, a capacitor 212, and a switch 213.
  • the coil portion 211 corresponds to the secondary side resonance coil 21 shown in FIG.
  • a capacitor 212 is inserted in series in the coil section 211.
  • the capacitor 212 is a variable capacitance capacitor connected in series to the coil unit 211 in order to adjust the resonance frequency.
  • the capacitance of the capacitor 212 is adjusted by the control unit 260.
  • the switch 213 is connected in parallel to the capacitor 212, and is provided in order to realize a state in which no resonant power flows in the coil unit 211. Therefore, the switch 213 can be treated as a resonance off switch.
  • the control unit 260 performs on / off switching control of the switch 213. It is desirable that the switch be turned on (normally on) in the state where the command voltage is not applied.
  • the control unit 260 when receiving the beacon signal or the transmission power for charging, applies the command voltage of the switch 213 to turn off the switch 213.
  • a pair of terminals of the coil portion 211 of the secondary side resonance coil 210 is connected to the rectifier circuit 220.
  • the secondary side resonance coil 210 outputs, to the rectifier circuit 220, AC power transmitted from the primary side resonance coil 12 of the power transmitter 100 by magnetic field resonance.
  • the rectifier circuit 220 has four diodes 220A to 220D.
  • the diodes 220A to 220D are connected in a bridge shape, and full-wave rectify and output the power input from the secondary side resonance coil 210.
  • the smoothing capacitor 230 is connected to the output side of the rectifier circuit 220, and smoothes the power that is full-wave rectified by the rectifier circuit 220 and outputs it as DC power.
  • the DC-DC converter 250 is connected to the output side of the smoothing capacitor 230.
  • the power that has been full-wave rectified by the rectification circuit 220 can be treated as substantially alternating-current power because the negative component of the alternating-current power is inverted to a positive component, but full-wave rectification is performed using the smoothing capacitor 230 Even when the power contains ripples, stable DC power can be obtained.
  • the voltage detection unit 240 detects a voltage across the smoothing capacitor 230 and outputs a signal representing a voltage value to the control unit 260.
  • the voltage detection unit 240 is a voltage sensor.
  • the DC-DC converter 250 is a step-down DC-DC converter connected to the output side of the smoothing capacitor 230.
  • the DC-DC converter 250 steps down the voltage of the DC power output from the smoothing capacitor 230 to the rated voltage of the battery 80 and outputs it.
  • the control unit 260 When the mode switch 270 is turned on by the operation of the user, the control unit 260 starts a detection mode for detecting a beacon signal, and detects a beacon signal in the detection mode. Further, when the control unit 260 detects a beacon signal, the control unit 260 transmits a power transmission request signal in response to the beacon signal.
  • the power transmission request signal is an example of the response signal.
  • the control unit 260 switches the mode from the detection mode to the charging mode.
  • the charge mode is a mode in which the battery 80 is charged with the power received from the power transmitter 100.
  • the mode switch 270 is a switch that can be operated by the user of the power receiver 200, and is provided on the outer surface of the housing of the electronic device 300.
  • the mode switch 270 is a switch operated by a user who wants to charge the battery 80 when starting a beacon signal detection mode.
  • mode switch 270 When mode switch 270 is turned on, power receiver 200 starts a detection mode. That is, when the mode switch 270 is turned on, the detection mode is turned on.
  • the antenna 280 may be, for example, an antenna capable of performing wireless communication in a short distance such as Bluetooth (registered trademark).
  • the antenna 280 is connected to the control unit 260 and is used when performing data communication with the transmitter 100.
  • the output terminals 290A and 290B are terminals that convert the power received by the power receiver 200 into power of a predetermined voltage value and output the converted power.
  • the battery 80 is connected to the output terminals 290A and 290B.
  • the battery 80 may be any secondary battery that can be charged repeatedly, and for example, a lithium ion battery can be used.
  • the battery 80 is a main power source for supplying power to the electronic device 300.
  • the primary side coil 11, the primary side resonant coil 12, and the secondary side resonant coil 210 are manufactured, for example, by winding a copper wire.
  • the material of the primary side coil 11, the primary side resonant coil 12, and the secondary side resonant coil 210 may be a metal other than copper (for example, gold, aluminum, etc.).
  • the materials of the primary side coil 11, the primary side resonant coil 12, and the secondary side resonant coil 210 may be different.
  • the primary coil 11 and the primary resonance coil 12 are on the power transmission side, and the secondary resonance coil 210 is on the power reception side.
  • the magnetic field resonance method has a merit that it has a higher degree of freedom than the electromagnetic induction method with respect to the distance or positional deviation between the resonance coils, and is position free.
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the control unit 110 according to the first embodiment.
  • the control unit 110 includes a main control unit 111, a power control unit 112, a reception determination unit 113, a power transmission start determination unit 114, and a memory 115.
  • the control unit 110 is realized by, for example, a CPU chip including a CPU (Central Processing Unit) and a memory.
  • the memory of the CPU chip may include at least non-volatile memory.
  • the main control unit 111, the power control unit 112, the reception determination unit 113, and the power transmission start determination unit 114 represent functions obtained by executing a program by the control unit 110 as a CPU chip as a block.
  • the memory 115 represents the memory of the CPU chip as a block.
  • the main control unit 111 is a processing unit that controls the control of the control unit 110, and executes processing other than the processing executed by the power control unit 112, the reception determination unit 113, and the power transmission start determination unit 114. Further, the main control unit 111 performs data communication with the power receiver 200 via the antenna 17 (see FIG. 2).
  • the power control unit 112 performs control processing for causing the AC power supply 1 to output either a beacon signal or transmission power for charging, processing for controlling transmission power by controlling the amplification factor of the high frequency amplifier 15, Execute processing such as adjusting the capacitance.
  • Control processing for outputting a beacon signal is processing for searching for the power receiver 200 in the beacon signal output mode.
  • the power control unit 112 causes the AC power supply 1 to repeatedly output, as a beacon signal, transmission power of a predetermined short pulse-like resonant frequency (6.78 MHz).
  • the control processing for outputting transmission power for charging is processing for outputting transmission power for charging which is optimal for charging the battery 80 connected to the power receiving device 200 in the charging power transmission mode.
  • Reception determination section 113 determines whether or not a power transmission request signal has been received from power receiver 200. When there are a plurality of power receivers 200, the reception determination unit 113 determines whether a power transmission request signal has been received from at least one of the plurality of power receivers 200.
  • the power transmission start determination unit 114 determines that the power transmission request signal is received by the reception determination unit 113, the power transmission start determination unit 114 transmits a power transmission start notification to the power receiver 200, and transmits the transmitted power for charging to the power control unit 112. Set as. Thereby, the power control unit 112 performs control processing to cause the AC power supply 1 to output the transmitted power for charging.
  • the power transmission start notification is a notification signal that notifies the power receiver 200 that transmission of transmission power for charging is to be started.
  • the memory 115 stores programs, data, and the like necessary for the control unit 110 to execute the various processes described above.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the control unit 260 according to the first embodiment.
  • the control unit 260 includes a main control unit 261, an operation detection unit 262, a mode control unit 263, a beacon signal detection unit 264, a signal transmission unit 265, a switch control unit 266, and a memory 267.
  • the control unit 260 is realized by, for example, a CPU chip including a CPU and a memory.
  • the memory of the CPU chip may include at least non-volatile memory.
  • the main control unit 261, the operation detection unit 262, the mode control unit 263, the beacon signal detection unit 264, the signal transmission unit 265, and the switch control unit 266 have functions obtained by the control unit 260 as a CPU chip executing a program. It is represented as a block.
  • the memory 267 represents the memory of the CPU chip as a block.
  • the main control unit 261 is a processing unit that controls the control of the control unit 260, and is not performed by the operation detection unit 262, the mode control unit 263, the beacon signal detection unit 264, the signal transmission unit 265, and the switch control unit 266. Execute the process of Further, the main control unit 261 performs data communication with the power transmitter 100 via the antenna 280 (see FIG. 2).
  • the main control unit 261 monitors the charge state of the battery 80 and determines whether or not the charge is completed. Monitoring of the charge state is performed by detecting the SOC (State Of Charge) of the battery 80.
  • SOC State Of Charge
  • the operation detection unit 262 detects that the mode switch 270 is turned on.
  • the operation of turning on the mode switch 270 by the user is an example of a predetermined operation of turning on the detection mode in which the user detects a beacon signal.
  • the mode control unit 263 performs control processing of setting the mode of the power receiver 200 to any one of a detection mode for detecting a beacon signal, a charge mode for receiving transmitted transmission power for charging, and a standby mode.
  • the standby mode is not a detection mode or a charging mode, and is a mode for standby.
  • the mode control unit 263 changes the mode so as to start a detection mode for detecting a beacon signal.
  • the mode control unit 263 has a timer that counts a predetermined time T2 after the detection mode is started.
  • the mode control unit 263 ends the detection mode and sets the standby mode.
  • the predetermined time T2 is an example of a second predetermined time.
  • the mode control unit 263 when the mode control unit 263 receives the power transmission start notification from the power transmitter 100, the mode control unit 263 changes the mode so as to start the charging mode.
  • the beacon signal detection unit 264 monitors the voltage value detected by the voltage detection unit 240 and detects a beacon signal. Since the pulse width and pulse interval of the beacon signal are predetermined and stored in the memory 267, the beacon signal detection unit 264 reads the pulse width and pulse interval of the beacon signal stored in the memory 267, and detects the voltage. The beacon signal is detected by comparing with the voltage value detected by the unit 240.
  • the signal transmission unit 265 transmits a power transmission request signal.
  • the signal transmission unit 265 is an example of a response signal transmission unit
  • the power transmission request signal is an example of a response signal that the power receiver 200 that has received the beacon signal responds to the beacon signal.
  • the switch control unit 266 turns off the switch 213 and switches the state in which the resonance power flows to the coil unit 211.
  • the switch control unit 266 has a timer that counts an elapsed time after the signal transmission unit 265 transmits the power transmission request signal to the power transmitter 100.
  • the switch control unit 266 turns on the switch 213 when the voltage detection unit 240 does not detect the charging power within a predetermined time T3 after the signal transmission unit 265 transmits the power transmission request signal to the transmitter 100 Switch to a state in which no resonant power flows in the coil unit 211.
  • the predetermined time T3 is an example of a third predetermined time.
  • the voltage detection unit 240 detects the voltage value of the charging power.
  • the memory 267 stores programs, data, and the like necessary for the control unit 260 to execute the various processes described above.
  • the memory 267 stores data representing the pulse width and pulse interval of the beacon signal.
  • FIG. 5 is a flowchart showing processing performed by the control unit 110 according to the first embodiment.
  • the main control unit 111 starts processing when the power of the power transmitter 100 is turned on.
  • the power control unit 112 executes power transmission of power in the initial power transmission mode (step S3).
  • the initial power transmission mode is a mode in which power for initial power transmission is transmitted.
  • the power for initial power transmission is set to a relatively large power in order to quickly bring the power receiver 200 into a charged state. Note that the time for transmitting power in the initial power transmission mode is predetermined.
  • the power control unit 112 performs power transmission in the main power transmission mode (step S4).
  • the power transmission mode is a mode in which the power transmitter 100 performs data communication with the power receiver 200, and transmits optimum transmission power based on the rated output and the charge amount of the battery 80 connected to the power receiver 200.
  • the main control unit 111 determines whether a charge completion notification has been received from the power receiver 200 (step S5).
  • the charging completion notification is a notification indicating that the charging of the battery 80 is completed, and the power receiving device 200 transmits the power receiving device 200 to the power transmission device 100 when the charging is completed.
  • the main control unit 111 repeatedly executes the process of step S5 until the charging completion notification is received.
  • the main control unit 111 When the main control unit 111 receives the charging completion notification, the main control unit 111 ends the series of processing (end). When the process of step S5 is completed, the main control unit 111 returns the flow to step S1, and repeatedly executes the processes of steps S1 to S5 until the power of the power transmitter 100 is turned off.
  • FIG. 6 is a flowchart showing processing performed by the control unit 260 according to the first embodiment.
  • the main control unit 261 starts processing when the operation detection unit 262 detects that the mode switch 270 is turned on.
  • the mode control unit 263 sets the mode of the power receiver 200 to the detection mode, and starts counting of the predetermined time T2 by the timer (step S21).
  • the switch control unit 266 turns off the switch 213 to switch to a state in which resonant power flows to the coil unit 211 (step S22).
  • the main control unit 261 determines whether or not the charging power is detected (step S27).
  • the determination as to whether the charging power is detected is made by determining whether the voltage value detected by the voltage detection unit 240 is a continuous voltage value and a charging voltage value. To be done.
  • the main control unit 261 controls the DC-DC converter 250 and the like to charge the battery 80 (step S28).
  • the main control unit 261 monitors the state of charge of the battery 80, and determines whether or not the charge is completed (step S29). The main control unit 261 repeatedly executes the process of step S29 until the charging of the battery 80 is completed.
  • the main control unit 261 transmits a charging completion notification indicating that the charging is completed to the power transmitter 100 (step S30).
  • the main control unit 261 transmits the charge completion notification to the power transmitter 100, the main control unit 261 ends the series of processing (end).
  • step S23 If it is determined in step S23 that the beacon signal detection unit 264 does not detect a beacon signal (S23: NO), the mode control unit 263 determines whether the elapsed time counted by the timer is less than the predetermined time T2 It is determined whether or not (step S31). In the case where the beacon signal is not detected for a long time, the user may wait for some reason, for example, so that the user may wait for a predetermined time T2.
  • step S31 determines in step S31 that the time is less than the predetermined time T2 (S31: YES)
  • the main control unit 261 returns the flow to step S23. Since the predetermined time T2 has not elapsed, it is to determine again whether the beacon signal is detected.
  • step S31 when the mode control unit 263 determines that the time is not less than the predetermined time T2 (S31: NO), the switch control unit 266 turns on the switch 213 (step S32). As a result, the coil unit 211 is switched to the state in which the resonance power does not flow.
  • the predetermined time T2 has elapsed without detecting the beacon signal, power reception is not performed for some reason, so that it is switched to the state where the resonance power does not flow in the coil section 211.
  • step S27 When it is determined in step S27 that the main control unit 261 does not detect charging power (S27: NO), the switch control unit 266 determines whether the timer count time has reached the predetermined time T3. (Step S33). If the state in which the charging power is not detected continues for a long time, there is a possibility that the power receiving device 200 can not be charged as in the case where the power receiving device 200 has left the power transmitting device 100. It is provided. When the timer count time reaches the predetermined time T3, it means that the timer count time becomes equal to the predetermined time T3.
  • the switch control unit 266 determines that the predetermined time T3 has not been reached (S33: NO)
  • the main control unit 261 returns the flow to step S27.
  • the switch control unit 266 determines that the predetermined time T3 has been reached (S33: YES)
  • the switch control unit 266 turns on the switch 213 (step S32).
  • the coil unit 211 is switched to the state in which the resonance power does not flow. If a predetermined time T3 has elapsed without receiving power for charging after transmitting the power transmission request signal, the power is not received for some reason, so no resonant power flows in the coil section 211. I decided to switch. As described above, a series of processes are performed.
  • FIG. 7 is a diagram showing an operation example of the power transfer system 50 of the first embodiment.
  • the time change of the mode of the power transmission device 100 and transmission power, and the operation timing of the power receiving device 200 are shown.
  • the horizontal axis is a time axis.
  • the power transmitter 100 outputs a beacon signal in the beacon signal output mode.
  • the mode switch 270 of the power receiver 200 is turned on, and the power receiver 200 exists within a range where the beacon signal can be detected with respect to the power transmitter 100.
  • the power receiver 200 detects a beacon signal, and transmits a power transmission request signal to the power transmitter 100 at time t3.
  • the power transmitter 100 is switched to the initial power transmission mode of the charging power transmission modes, and transmits power for initial power transmission.
  • the power for initial power transmission is set to a relatively large power in order to quickly bring the power receiver 200 into a charged state.
  • the power transmitter 100 switches from the initial power transmission mode of the charging power transmission modes to the main power transmission mode.
  • the power transmitter 100 performs data communication with the power receiver 200, and is set to the optimal transmission power based on the rated output and the charge amount of the battery 80 connected to the power receiver 200.
  • the power transmission request signal is transmitted to the power transmitter 100.
  • the power transmitter 100 transmits power for charging to the power receiver 200.
  • power reception device 200 when power reception device 200 includes mode switch 270 and user turns on mode switch 270, power reception device 200 is set to a detection mode for detecting a beacon signal. Ru. Then, upon detection of the beacon signal in the detection mode, the power receiver 200 transmits a power transmission request signal to the power transmitter 100. That is, detection of the beacon signal by the power receiver 200 is a trigger for charging start.
  • the power receiver 200 can detect a beacon signal having a predetermined signal strength regardless of the presence or absence of a conductor in the surroundings.
  • the detection of the beacon signal in the power receiver 200 has a much higher reliability than that of the power transmitter of the conventional power transmission system detecting a charging device. This is because the power receiver 200 can detect a slight change in the signal level of the beacon signal as compared to the change in load seen from the power transmitter of the conventional power transmission system.
  • the power receiver 200 that has detected the beacon signal in the detection mode transmits a power transmission request signal to the power transmitter 100, and power for charging is transmitted from the power transmitter 100 that has received the power transmission request signal. Therefore, according to the first embodiment, charging of power reception device 200 can be more reliably started.
  • control method of the electric power transmission system 50 which can start charging more reliably, the power receiving device 200, and the power receiving device 200 can be provided.
  • the power receiver 200 has the mode switch 270 and the user operates the mode switch 270 as an example of the predetermined operation of turning on the detection mode in which the user detects the beacon signal.
  • the predetermined operation for turning on the detection mode may be an operation other than such an operation.
  • FIG. 8 is a diagram showing a power transmitter 100M and a power receiver 200M according to the second embodiment.
  • the power receiver 200 ⁇ / b> M is incorporated in the electronic device 300 ⁇ / b> M.
  • the same components as in the first embodiment will be assigned the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted. Further, differences from the power transmitter 100, the power receiver 200, and the electronic device 300 according to the first embodiment will be mainly described.
  • the electronic device 300M includes a power receiver 200M, a battery 80, and an information processing unit 310, and is, for example, a tablet computer or the like, as with the electronic device 300 according to the first embodiment.
  • the power transmitter 100M has a proximity sensor 120M in addition to the AC power supply 1, the primary side coil 11, the primary side resonant coil 12, the matching circuit 14, the high frequency amplifier 15, the capacitor 16, the antenna 17, and the control unit 110M. That is, the power transmission device 100M has a configuration in which the proximity sensor 120M is added by replacing the control unit 110 of the power transmission device 100 of the first embodiment with the control unit 110M.
  • the portion excluding the AC power supply 1 may be handled as the power transmitter 100M. In this case, the AC power supply 1 and the power transmitter 100M may be combined and handled as a power transmission device.
  • the power receiver 200M includes a secondary side resonance coil 210, a rectifier circuit 220, a smoothing capacitor 230, a voltage detection unit 240, a DC-DC converter 250, a control unit 260M, an antenna 270M, an antenna 280, and output terminals 290A and 290B. That is, power reception device 200M has a configuration in which control unit 260 and mode switch 270 of power reception device 200 according to the first embodiment are replaced with control unit 260M and antenna 270M.
  • the control unit 110M operates in the beacon signal output mode and the charging power transmission mode similarly to the control unit 110 of the first embodiment, and when the power of the power transmission device 100M is turned on, the proximity sensor 120M operates as a power receiving device. It operates in the reading mode which reads 200M. When the power receiving device 200M is detected by the proximity sensor 120M in the reading mode, the control unit 110M shifts to the beacon signal output mode.
  • the proximity sensor 120M is, for example, a device (reader device) that reads a proximity communication device that performs non-contact type proximity communication such as FeliCa (registered trademark), and is an example of a communication detection unit that detects proximity communication.
  • proximity sensor 120M has a communication range within a radius of 1 meter centered on proximity sensor 120M, and detects the presence of a proximity communication device within the communication range.
  • the proximity communication device is the power receiver 200M including the antenna 270M or the electronic device 300M.
  • the proximity sensor 120M emits radio waves for proximity communication within the communication range.
  • the control unit 260M connected to the antenna 270M performs proximity communication with the power of the radio wave received via the antenna 270M, and the proximity sensor Respond to 120M. Therefore, the proximity sensor 120M can detect that the antenna 270M has entered the communication range. In other words, the proximity sensor 120M can read the power receiver 200M having the antenna 270M.
  • the response of the control unit 260M is to transmit a signal indicating that the power receiver 200M including the antenna 270M or the electronic device 300M is within the communication range, and the identifier of the antenna 270M, the power receiver 200M, or the electronic device 300M May be included.
  • the control unit 260M When the power receiving device 200M is read by the proximity sensor 120M, the control unit 260M starts a detection mode for detecting a beacon signal, and detects a beacon signal in the detection mode. Further, when the control unit 260M detects a beacon signal, the control unit 260M transmits a power transmission request signal in response to the beacon signal. That is, instead of the control unit 260M of the first embodiment operating with the mode switch 270 turned on as a trigger, the control unit 260M is triggered by the proximity sensor 120M reading the power receiving device 200M. It works. The other operations are similar to those of control unit 260 of the first embodiment.
  • the antenna 270M is provided near the outer surface of the housing of the electronic device 300M.
  • the antenna 270M is a proximity communication device used when a user who wants to charge the battery 80 starts the detection mode of the beacon signal, and is an example of a proximity communication unit.
  • the power receiver 200M When the power receiver 200M is read by the proximity sensor 120M, the power receiver 200M starts the detection mode.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration of the control unit 110M of the second embodiment.
  • the control unit 110M includes a main control unit 111M, a power control unit 112M, a reception determination unit 113, a power transmission start determination unit 114, and a memory 115.
  • the main control unit 111M is a processing unit that controls the control of the control unit 110M, and executes processing other than the processing executed by the power control unit 112M, the reception determination unit 113, and the power transmission start determination unit 114. Further, the main control unit 111M performs data communication with the power receiver 200M via the antenna 17 (see FIG. 8).
  • the power control unit 112M has a timer that counts an elapsed time after the proximity sensor 120M starts the proximity communication detection process, and performs processing of counting a predetermined time T1.
  • the predetermined time T1 is an example of a first predetermined time.
  • the power control unit 112M performs a process of stopping transmission of transmission power for charging in a predetermined case. In addition to these, the power control unit 112M performs the same processing as the power control unit 112 of the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of the control unit 260M of the second embodiment.
  • the control unit 260M includes a main control unit 261M, an operation detection unit 262M, a mode control unit 263, a beacon signal detection unit 264, a signal transmission unit 265, a switch control unit 266, and a memory 267.
  • the main control unit 261M is a processing unit that controls the control of the control unit 260M, and is not performed by the operation detection unit 262M, the mode control unit 263, the beacon signal detection unit 264, the signal transmission unit 265, and the switch control unit 266. Execute the process of Further, the main control unit 261M performs the same process as the main control unit 261 of the first embodiment except for the process changed by the power receiving device 200M having the antenna 270M.
  • FIG. 11 is a flowchart showing processing performed by the control unit 110M according to the second embodiment.
  • the main control unit 111M starts processing when the power of the power transmitter 100M is turned on.
  • the main control unit 111M determines whether the proximity sensor 120M has read the power receiver 200M having the antenna 270M (step S51). When determining that the power receiver 200M is not read (S51: NO), the main control unit 111M repeatedly executes the process of step S51 until the power receiver 200M is read.
  • the power control unit 112M performs control processing to cause the AC power supply 1 to output a beacon signal (step S52). Thereby, the power transmission device 100M is in the beacon signal output mode, and the AC power supply 1 outputs the beacon signal.
  • the power control unit 112M starts counting of a predetermined time T1 with a timer in order to measure an elapsed time after the proximity sensor 120M starts the process of detecting proximity communication (step S53).
  • the reception determination unit 113 determines whether a power transmission request signal has been received from the power receiver 200M (step S54). When there are a plurality of power receivers 200M, if the power transmission request signal is received from at least one of them, the reception determination unit 113 determines that the power transmission request signal has been received.
  • the power control unit 112M performs power transmission in the initial power transmission mode (step S55).
  • the power control unit 112M performs power transmission in the main power transmission mode (step S56).
  • the main control unit 111M determines whether a charge completion notice has been received from the power receiver 200M (step S57).
  • the charging completion notification is a notification indicating that the charging of the battery 80 is completed, and when the charging is completed, the power receiver 200M transmits to the power transmitter 100M.
  • the main control unit 111M repeatedly executes the process of step S57 until the notification of charge completion is received.
  • the main control unit 111M When receiving the charge completion notification, the main control unit 111M ends the series of processes (END). When the process of step S57 is completed, the main control unit 111M returns the flow to step S51, and repeatedly executes the process from step S51 until the power of the power transmission device 100M is turned off.
  • step S58 the main control unit 111M returns the flow to step S54. This is to determine whether the power transmission request signal has been received from the power receiver 200M until the predetermined time T1 is reached.
  • the power control unit 112M determines that the predetermined time T1 has been reached (S58: YES)
  • the power control unit 112M causes the AC power supply 1 to stop the output of the beacon signal (step S59). As a result, the power receiver 200 enters the standby mode.
  • step S59 the main control unit 111M returns the flow to step S51. Since the user may continue to hold the antenna 270M over the proximity sensor 120M, it is to determine whether or not the proximity sensor 120M has read the power receiver 200M having the antenna 270M in step S51.
  • the main control unit 261M starts processing when the power of the power receiver 200 is turned on.
  • the operation detection unit 262M determines whether the power receiver 200M has been read by the proximity sensor 120M (step S71). If it is determined that the proximity sensor 120M has not read (S71: NO), the motion detection unit 262M repeatedly executes the process of step S71 until it is read by the proximity sensor 120M.
  • the mode control unit 263 sets the mode of the power receiver 200M to the detection mode, and the timer counts the predetermined time T2 by the timer. Is started (step S72).
  • the switch control unit 266 turns off the switch 213 to switch to a state in which resonant power flows to the coil unit 211 (step S73).
  • the beacon signal detection unit 264 monitors the voltage value detected by the voltage detection unit 240, and determines whether a beacon signal is detected (step S74).
  • the signal transmission unit 265 transmits a power transmission request signal (step S75).
  • the switch control unit 266 starts counting a predetermined time T3 by the timer in order to measure the elapsed time since the signal transmission unit 265 transmits the power transmission request signal to the power transmitter 100M (step S76).
  • the mode control unit 263 sets the mode of the power receiver 200M to a charge mode for receiving transmitted transmission power for charging (step S77).
  • the main control unit 261M determines whether the charging power is detected (step S78).
  • the determination as to whether the charging power is detected is made by determining whether the voltage value detected by the voltage detection unit 240 is a continuous voltage value and a charging voltage value. To be done.
  • main control unit 261M controls DC-DC converter 250 and the like to charge battery 80 (step S79).
  • the main control unit 261M monitors the charge state of the battery 80 and determines whether the charge is completed (step S80). The main control unit 261M repeatedly executes the process of step S80 until the charging of the battery 80 is completed.
  • the main control unit 261M transmits a charge completion notification indicating that the charging is completed to the power transmitter 100M (step S81).
  • step S74 when it is determined that the beacon signal is not detected by the beacon signal detection unit 264 (S74: NO), the mode control unit 263 determines that the elapsed time counted by the timer is less than the predetermined time T2. It is determined whether there is any (step S82). In the case where the beacon signal is not detected for a long time, the user may wait for some reason, for example, so that the user may wait for a predetermined time T2.
  • step S82 If the mode control unit 263 determines in step S82 that the time is less than the predetermined time T2 (S82: YES), the main control unit 261M returns the flow to step S74. Since the predetermined time T2 has not elapsed, it is to determine again whether the beacon signal is detected.
  • step S82 when the mode control unit 263 determines that the time is not less than the predetermined time T2 (S82: NO), the switch control unit 266 turns on the switch 213 (step S83). As a result, the coil unit 211 is switched to the state in which the resonance power does not flow.
  • the predetermined time T2 has elapsed without detecting the beacon signal, power reception is not performed for some reason, so that it is switched to the state where the resonance power does not flow in the coil section 211.
  • step S83 the main control unit 261M returns the flow to step S71. This is to prepare for an operation in which the user brings the power receiver 200 closer to the proximity sensor 120M again.
  • step S78 When it is determined in step S78 that the main control unit 261M does not detect charging power (S78: NO), the switch control unit 266 determines whether the timer count time has reached the predetermined time T3. (Step S84). If the state in which the charging power is not detected continues for a long time, there is a possibility that the power receiving device 200M can not be charged as in the case where the power receiving device 200M has left the power transmitter 100M. It is provided.
  • the switch control unit 266 determines that the predetermined time T3 has not been reached (S84: NO)
  • the main control unit 261M returns the flow to step S78. This is to repeatedly determine whether or not the charging power is detected until the predetermined time T3 is reached.
  • the switch control unit 266 determines that the predetermined time T3 has been reached (S84: YES)
  • the switch control unit 266 turns on the switch 213 (step S83).
  • the coil unit 211 is switched to the state in which the resonance power does not flow. If a predetermined time T3 elapses without receiving power for charging after transmitting the power transmission request signal, the power is not received for some reason, so switching to a state in which no resonant power flows in the coil section 211 The As described above, a series of processes are performed.
  • FIG. 13 is a diagram showing an operation example of the power transfer system of the second embodiment.
  • the time change of the mode of power transmission device 100M and transmission power, and the operation timing of power reception device 200M are shown.
  • the horizontal axis is a time axis.
  • the transmitter 100M is turned on to start the reading mode.
  • the power transmitter 100M reads the power receiver 200M with the proximity sensor 120M.
  • the power transmitter 100M By reading the power receiver 200M, the power transmitter 100M outputs a beacon signal in the beacon signal output mode at time t22.
  • the power transmitter 100M is switched to the charging power transmission mode, and transmits power for initial power transmission.
  • the power for initial power transmission is set to a relatively large power in order to quickly bring the power receiver 200M into a charged state.
  • the power receiver 200M switches to a detection mode for detecting a beacon signal, and the power transmitter 100M outputs a beacon signal. Then, when the power receiver 200M detects a beacon signal, it transmits a power transmission request signal to the power transmitter 100M, and switches to the charging mode. On the other hand, the power transmitter 100M transmits power for charging to the power receiver 200M.
  • the power receiver 200M that has detected the beacon signal in the detection mode transmits a power transmission request signal to the power transmitter 100M, and the power for charging is transmitted from the power transmitter 100M that has received the power transmission request signal. Therefore, according to the second embodiment, charging of power receiver 200M can be more reliably started.

Abstract

より確実に充電を開始することができる電力伝送システム、受電器、及び、受電器の制御方法を提供する。 電力伝送システムは、磁界共鳴又は電界共鳴によって電力を送電する送電器と、送電器から送電される電力を受電する1又は複数の受電器とを含む電力伝送システムであって、送電器は、磁界共鳴又は電界共鳴によって、所定のパルス状のビーコン信号を構築する第1送電電力、及び、連続的な第2送電電力のいずれか一方を送電する一次側共振コイルを有し、受電器は、一次側共振コイルから磁界共鳴又は電界共鳴によって送電される電力を受電する二次側共振コイルと、利用者の所定の動作を検出する動作検出部と、動作検出部によって所定の動作が検出されると、ビーコン信号を検出する検出モードを開始するモード制御部と、検出モードにおいてビーコン信号が検出されると、応答信号を送信する信号送信部とを有する。

Description

電力伝送システム、受電器、及び、受電器の制御方法
 本発明は、電力伝送システム、受電器、及び、受電器の制御方法に関する。
 従来より、ワイヤレス通信ネットワークを介して充電デバイスと接続するためのワイヤレス充電器であって、電力信号を送信するように構成された送信器と、デバイスによって送信される1つまたは複数の接続要請についてスキャンするように構成されたデバイススキャナとを含むワイヤレス充電器がある。
 前記送信された電力信号に応答して前記充電デバイスから前記ワイヤレス通信ネットワークを介して接続要請を受信するように構成された受信機であり、前記送信器が、前記受信された接続要請に応答して前記充電デバイスとの接続を確立する旨の接続要求を送信するようにさらに構成される、受信機をさらに含む。
 前記送信された電力信号に基づいて負荷を検出するように構成された負荷検出器をさらに含み、前記デバイススキャナが、前記検出された負荷に基づいて1つまたは複数の接続要請についてスキャンするようにさらに構成される(例えば、特許文献1参照)。
特表2015-515851号公報
 ところで、従来のワイヤレス充電器のような電力伝送システムでは、送電機が充電デバイスの負荷の変化を検出することで、受電器の有無を検出している。
 送電機は、送電機の周囲のすべての負荷の変化を検出するため、受電器以外の導体等が存在する場合には、充電デバイスの負荷の変化を検出し難い場合がある。例えば、充電デバイスの負荷の変化を検出し易くするために、負荷の変化の検出閾値をある程度高くすると、送電機と結合が弱い充電デバイスを検出し難くなる。
 このため、従来のワイヤレス充電器のような電力伝送システムでは、充電デバイスを検出できないと、充電デバイスの充電を開始できないおそれがある。
 そこで、より確実に充電を開始することができる電力伝送システム、受電器、及び、受電器の制御方法を提供することを目的とする。
 本発明の実施の形態の電力伝送システムは、磁界共鳴又は電界共鳴によって電力を送電する送電器と、前記送電器から送電される電力を受電する1又は複数の受電器とを含む電力伝送システムであって、前記送電器は、前記磁界共鳴又は前記電界共鳴によって、所定のパルス状のビーコン信号を構築する第1送電電力、及び、連続的な第2送電電力のいずれか一方を送電する一次側共振コイルを有し、前記受電器は、前記一次側共振コイルから前記磁界共鳴又は前記電界共鳴によって送電される電力を受電する二次側共振コイルと、利用者の所定の動作を検出する動作検出部と、前記動作検出部によって前記所定の動作が検出されると、前記ビーコン信号を検出する検出モードを開始するモード制御部と、前記検出モードにおいて前記ビーコン信号が検出されると、前記応答信号を送信する信号送信部とを有する。
 より確実に充電を開始することができる電力伝送システム、受電器、及び、受電器の制御方法を提供することができる。
電力伝送システムを示す図である。 実施の形態1の送電器と受電器を示す図である。 実施の形態1の制御部の構成を示す図である。 実施の形態1の制御部の構成を示す図である。 実施の形態1の制御部が実行する処理を示すフローチャートである。 実施の形態1の制御部が実行する処理を示すフローチャートである。 実施の形態1の電力伝送システムの動作例を示す図である。 実施の形態2の送電器と受電器を示す図である。 実施の形態2の制御部の構成を示す図である。 実施の形態2の制御部の構成を示す図である。 実施の形態2の制御部が実行する処理を示すフローチャートである。 実施の形態2の制御部が実行する処理を示すフローチャートである。 実施の形態2の電力伝送システムの動作例を示す図である。
 以下、本発明の電力伝送システム、受電器、及び、受電器の制御方法を適用した実施の形態について説明する。
 <実施の形態1>
 図1は、電力伝送システム50を示す図である。
 図1に示すように、電力伝送システム50は、交流電源1、一次側(送電側)の送電器100、及び二次側(受電側)の受電器200を含む。電力伝送システム50は、送電器100及び受電器200を複数含んでもよい。
 送電器100は、一次側コイル11と一次側共振コイル12を有する。受電器200は、二次側共振コイル21と二次側コイル22を有する。二次側コイル22には負荷装置30が接続される。
 図1に示すように、送電器100及び受電器200は、一次側共振コイル(LC共振器)12と二次側共振コイル(LC共振器)21の間の磁界共鳴(磁界共振)により、送電器100から受電器200へエネルギ(電力)の伝送を行う。ここで、一次側共振コイル12から二次側共振コイル21への電力伝送は、磁界共鳴だけでなく電界共鳴(電界共振)等も可能であるが、以下の説明では、主として磁界共鳴を例として説明する。
 また、実施の形態1では、一例として、交流電源1が出力する交流電圧の周波数が6.78MHzであり、一次側共振コイル12と二次側共振コイル21の共振周波数が6.78MHzである場合について説明する。交流電源1は、高周波電源の一例である。
 なお、一次側コイル11から一次側共振コイル12への電力伝送は電磁誘導を利用して行われ、また、二次側共振コイル21から二次側コイル22への電力伝送も電磁誘導を利用して行われる。
 また、図1には、電力伝送システム50が一次側コイル11を含む形態を示すが、電力伝送システム50は一次側コイル11を含まなくてもよく、この場合には、一次側共振コイル12に交流電源1を直接的に接続すればよく、同様に二次側コイル22を含む形態を示すが、電力伝送システム50は二次側コイル22を含まなくてもよく、この場合には、二次側共振コイル21に負荷装置30を直接的に接続すればよい。
 図2は、実施の形態1の送電器100と受電器200を示す図である。図2では、受電器200は、電子機器300に内蔵されている。電子機器300は、受電器200、バッテリ80、及び情報処理部310を含み、例えば、タブレット型のコンピュータ、スマートフォン端末機、スマートウォッチ、ゲーム機等である。
 ここでは、電子機器300の構成要素のうち、受電器200、バッテリ80、及び情報処理部310以外のものは省略するが、電子機器300は、さらに、ディスプレイパネル、タッチパネル、スピーカ等を含んでもよい。情報処理部310は、バッテリ80から供給される電力で駆動される。
 送電器100は、交流電源1、一次側コイル11、一次側共振コイル12、整合回路14、高周波アンプ15、キャパシタ16、アンテナ17、及び制御部110を有する。また、交流電源1を除いた部分を送電器100として取り扱ってもよい。この場合には、交流電源1と送電器100を合わせて送電装置として取り扱ってもよい。
 受電器200は、二次側共振コイル210、整流回路220、平滑キャパシタ230、電圧検出部240、DC(Direct Current)-DCコンバータ250、制御部260、モードスイッチ270、アンテナ280、及び出力端子290A、290Bを含む。出力端子290A、290Bには、バッテリ80が接続されている。図2では、負荷回路はバッテリ80である。図2では、二次側コイル22(図1参照)を介さずに二次側共振コイル210が整流回路220に直接的に接続される。
 まず、送電器100について説明する。図2に示すように、一次側コイル11は、ループ状のコイルであり、両端間に整合回路14及び高周波アンプ15を介して交流電源1に接続されている。一次側コイル11は、一次側共振コイル12と非接触で近接して配置されており、一次側共振コイル12と電磁界結合される。一次側コイル11は、自己の中心軸が一次側共振コイル12の中心軸と一致するように配設されることが望ましいが、必ずしも一致する必要はない。中心軸を一致させるのは、一次側コイル11と一次側共振コイル12との結合強度を向上させるとともに、磁束の漏れを抑制して、不必要な電磁界が一次側コイル11及び一次側共振コイル12の周囲に発生することを抑制するためである。
 一次側コイル11は、交流電源1から整合回路14、及び高周波アンプ15を経て供給される交流電力によって磁界を発生し、電磁誘導(相互誘導)により電力を一次側共振コイル12に送電する。
 図2に示すように、一次側共振コイル12は、一次側コイル11と非接触で近接して配置されて一次側コイル11と電磁界結合されている。また、一次側共振コイル12は、所定の共振周波数を有し、高いQ値を有するように設計されている。一次側共振コイル12の共振周波数は、二次側共振コイル210の共振周波数と等しくなるように設定されている。一次側共振コイル12の両端の間に、共振周波数を調整するためのキャパシタ16が直列に接続される。
 一次側共振コイル12の共振周波数は、交流電源1が出力する交流電力の周波数と同一の周波数になるように設定されている。一次側共振コイル12の共振周波数は、一次側共振コイル12のインダクタンスと、キャパシタ16の静電容量によって決まる。このため、一次側共振コイル12のインダクタンスと、キャパシタ16の静電容量は、一次側共振コイル12の共振周波数が、交流電源1から出力される交流電力の周波数と同一の周波数になるように設定されている。
 整合回路14は、一次側コイル11と交流電源1とのインピーダンス整合を取るために挿入されており、インダクタLとキャパシタCを含む。
 交流電源1は、磁界共鳴に必要な周波数の交流電力を出力する電源であり、出力電力を増幅するアンプを内蔵する。交流電源1は、例えば、数十kHzから数十MHz程度の高周波の交流電力を出力する。
 高周波アンプ15は、交流電源1から入力される電力(送電電力)を増幅して整合回路14に出力する。高周波アンプ15の増幅率は、制御部110によって制御される。
 キャパシタ16は、一次側共振コイル12の両端の間に、直列に挿入されるキャパシタである。キャパシタ16は、一次側共振コイル12の共振周波数を調整するために設けられている。キャパシタ16は可変容量型キャパシタであってもよく、その場合は静電容量は制御部110によって設定される。
 アンテナ17は、例えば、Bluetooth(登録商標)のような近距離での無線通信を行うことができるアンテナであればよい。アンテナ17は、制御部110に接続されており、受電器200とデータ通信を行う際に用いられる。
 制御部110は、交流電源1にビーコン信号及び充電用の送電電力のいずれか一方を出力させる制御を行う。ビーコン信号用の送電電力を出力するモードは、ビーコン信号出力モードであり、充電用の送電電力を出力するモードは、充電電力送電モードである。
 ビーコン信号は、一例として、充電用の送電電力と同一の高周波電力を所定の短期間だけ出力する期間と、所定の短期間よりも長い所定の期間だけ出力しない期間とを交互に繰り返すことによって構築される、高周波電力を用いたパルス状の信号である。
 所定の短期間だけ出力される高周波電力は、1つのパルスを構築し、1つのパルスには複数周期の高周波電力が含まれる。ビーコン信号のパルス幅は、予め決められている。ビーコン信号は、第1送電電力の一例である。充電用の送電電力は、パルス状ではなく常に振幅が一定の連続的な高周波電力であり、第2送電電力の一例である。
 また、制御部110は、高周波アンプ15の増幅率を制御することによって送電電力を制御するとともに、一次側共振コイル12の共振周波数が交流電源1から出力される交流電力の周波数と同一の周波数になるように、キャパシタ16の静電容量を調整する。共振周波数は、予め決まっているため、キャパシタ16の静電容量も予め決まっている一定値である。
 以上のような送電器100は、交流電源1から一次側コイル11に供給される交流電力を磁気誘導により一次側共振コイル12に送電し、一次側共振コイル12から磁界共鳴により電力を受電器200の二次側共振コイル210に送電する。なお、図2には、1つの送電器100が1つの受電器200に電力を送電する形態を示すが、1つの送電器100から複数の受電器200に電力を送電することができる。
 次に、受電器200の各構成要素について説明する。
 二次側共振コイル210は、一次側共振コイル12と同一の共振周波数を有し、高いQ値を有するように設計されている。二次側共振コイル210は、コイル部211、キャパシタ212、及びスイッチ213を有する。
 コイル部211は、図1に示す二次側共振コイル21に相当するものである。コイル部211には、キャパシタ212が直列に挿入されている。
 キャパシタ212は、共振周波数を調整するためにコイル部211に直列に接続される可変容量型のキャパシタである。キャパシタ212の静電容量は、制御部260によって調整される。
 二次側共振コイル210の共振周波数は、コイル部211のインダクタンスと、キャパシタ212の静電容量によって決まる。共振周波数は、予め決まっているため、キャパシタ212の静電容量も予め決まっている一定値である。
 また、スイッチ213は、キャパシタ212に並列に接続されており、コイル部211に共振電力が流れない状態を実現できるようにするために設けられている。このため、スイッチ213を共振オフスイッチとして取り扱うことができる。
 スイッチ213は、制御部260によってオン/オフの切替制御が行われる。指示電圧を印加していない状態で、オン(ノーマリオン)とされるスイッチが望ましい。
 スイッチ213がオンの状態では、キャパシタ212には高周波電力の電流が流れないため、二次側共振コイル210には共振が生じない。このようにノーマリオンのスイッチ213を用いるのは、受電器200の電源が入っていない状態で、二次側共振コイル210には共振が生じないようにするためである。
 このため、ビーコン信号又は充電用の送電電力を受電する際には、制御部260は、スイッチ213指示電圧を印加して、スイッチ213をオフにする。
 二次側共振コイル210のコイル部211の一対の端子は、整流回路220に接続されている。二次側共振コイル210は、送電器100の一次側共振コイル12から磁界共鳴によって送電される交流電力を整流回路220に出力する。
 整流回路220は、4つのダイオード220A~220Dを有する。ダイオード220A~220Dは、ブリッジ状に接続されており、二次側共振コイル210から入力される電力を全波整流して出力する。
 平滑キャパシタ230は、整流回路220の出力側に接続されており、整流回路220で全波整流された電力を平滑化して直流電力として出力する。平滑キャパシタ230の出力側には、DC-DCコンバータ250が接続される。整流回路220で全波整流された電力は、交流電力の負成分を正成分に反転させてあるため、略交流電力として取り扱うことができるが、平滑キャパシタ230を用いることにより、全波整流された電力にリップルが含まれるような場合でも、安定した直流電力を得ることができる。
 電圧検出部240は、平滑キャパシタ230の両端間電圧を検出し、電圧値を表す信号を制御部260に出力する。電圧検出部240は、電圧センサである。
 DC-DCコンバータ250は、平滑キャパシタ230の出力側に接続される降圧型のDC-DCコンバータである。DC-DCコンバータ250は、平滑キャパシタ230から出力される直流電力の電圧をバッテリ80の定格電圧に降圧して出力する。
 制御部260は、利用者の操作によってモードスイッチ270がオンにされると、ビーコン信号を検出する検出モードを開始し、検出モードにおいてビーコン信号を検出する。また、制御部260は、ビーコン信号を検出すると、ビーコン信号に対して応答して送電要求信号を送信する。送電要求信号は、応答信号の一例である。また、制御部260は、送電要求信号を送信した後に、送電器100の送電の準備が整うと、検出モードから充電モードにモードを切り替える。充電モードは、送電器100から受電する電力でバッテリ80を充電するモードである。
 制御部260は、充電モードにおいて送電器100から充電用の電力を受電すると、電圧検出部240から入力される電圧値に基づいてDC-DCコンバータ250の出力電圧を制御する。
 モードスイッチ270は、受電器200の利用者が操作可能なスイッチであり、電子機器300の筐体の外表面に設けられている。モードスイッチ270は、バッテリ80を充電したい利用者が、ビーコン信号の検出モードを開始させる際に操作するスイッチである。モードスイッチ270がオンにされると、受電器200は、検出モードを開始する。すなわち、モードスイッチ270がオンにされると、検出モードがオンになる。
 アンテナ280は、例えば、Bluetooth(登録商標)のような近距離での無線通信を行うことができるアンテナであればよい。アンテナ280は、制御部260に接続されており、送電器100とデータ通信を行う際に用いられる。
 出力端子290A、290Bは、受電器200が受電した電力を所定の電圧値の電力に変換して出力する端子である。出力端子290A、290Bには、バッテリ80が接続される。
 バッテリ80は、繰り返し充電が可能な二次電池であればよく、例えば、リチウムイオン電池を用いることができる。バッテリ80は、電子機器300の電力供給用のメインの電力源である。
 なお、一次側コイル11、一次側共振コイル12、二次側共振コイル210は、例えば、銅線を巻回することによって作製される。しかしながら、一次側コイル11、一次側共振コイル12、二次側共振コイル210の材質は、銅以外の金属(例えば、金、アルミニウム等)であってもよい。また、一次側コイル11、一次側共振コイル12、二次側共振コイル210の材質は異なっていてもよい。
 このような構成において、一次側コイル11及び一次側共振コイル12が電力の送電側であり、二次側共振コイル210が電力の受電側である。
 磁界共鳴方式によって、一次側共振コイル12と二次側共振コイル210との間で生じる磁界共鳴を利用して送電側から受電側に電力を伝送するため、送電側から受電側に電磁誘導で電力を伝送する電磁誘導方式よりも長距離での電力の伝送が可能である。
 磁界共鳴方式は、共振コイル同士の間の距離又は位置ずれについて、電磁誘導方式よりも自由度が高く、ポジションフリーというメリットがある。
 図3は、実施の形態1の制御部110の構成を示す図である。制御部110は、主制御部111、電力制御部112、受信判定部113、送電開始判定部114、及びメモリ115を有する。
 制御部110は、例えば、CPU(Central Processing Unit:中央演算処理装置)及びメモリを含むCPUチップによって実現される。CPUチップのメモリは、少なくとも不揮発性のメモリを含めばよい。主制御部111、電力制御部112、受信判定部113、送電開始判定部114は、CPUチップとしての制御部110がプログラムを実行することによって得られる機能をブロックとして表したものである。メモリ115は、CPUチップのメモリをブロックとして表したものである。
 主制御部111は、制御部110の制御を統括する処理部であり、電力制御部112、受信判定部113、及び送電開始判定部114が実行する処理以外の処理を実行する。また、主制御部111は、アンテナ17(図2参照)を介して、受電器200とデータ通信を行う。
 電力制御部112は、交流電源1にビーコン信号及び充電用の送電電力のいずれか一方を出力させる制御処理、高周波アンプ15の増幅率を制御することによって送電電力を制御する処理、キャパシタ16の静電容量を調整する処理等を実行する。
 ビーコン信号を出力させる制御処理は、ビーコン信号出力モードにおいて、受電器200を探索する処理である。ビーコン信号出力モードでは、電力制御部112は、交流電源1に所定の短期間のパルス状の共振周波数(6.78MHz)の送電電力をビーコン信号として繰り返し出力させる。
 充電用の送電電力を出力させる制御処理は、充電電力送電モードにおいて、受電器200に接続されるバッテリ80を充電するのに最適な充電用の送電電力を出力する処理である。
 受信判定部113は、受電器200から送電要求信号を受信したかどうかを判定する。受電器200が複数ある場合には、受信判定部113は、複数の受電器200のうちの少なくともいずれか1つから送電要求信号を受信したかどうかを判定する。
 送電開始判定部114は、受信判定部113によって送電要求信号を受信したと判定された場合に、受電器200に送電開始通知を送信するとともに、電力制御部112に充電用の送電電力を送電電力として設定させる。これにより、電力制御部112は、交流電源1に充電用の送電電力を出力させる制御処理を行う。送電開始通知は、充電用の送電電力の送電を開始することを受電器200に知らせる通知信号である。
 メモリ115は、制御部110が上述した各種処理を実行するために必要なプログラム及びデータ等を格納する。
 図4は、実施の形態1の制御部260の構成を示す図である。
 制御部260は、主制御部261、動作検出部262、モード制御部263、ビーコン信号検出部264、信号送信部265、スイッチ制御部266、及びメモリ267を有する。
 制御部260は、一例として、CPU及びメモリを含むCPUチップによって実現される。CPUチップのメモリは、少なくとも不揮発性のメモリを含めばよい。主制御部261、動作検出部262、モード制御部263、ビーコン信号検出部264、信号送信部265、スイッチ制御部266は、CPUチップとしての制御部260がプログラムを実行することによって得られる機能をブロックとして表したものである。メモリ267は、CPUチップのメモリをブロックとして表したものである。
 主制御部261は、制御部260の制御を統括する処理部であり、動作検出部262、モード制御部263、ビーコン信号検出部264、信号送信部265、及びスイッチ制御部266が実行する処理以外の処理を実行する。また、主制御部261は、アンテナ280(図2参照)を介して、送電器100とデータ通信を行う。
 また、主制御部261は、バッテリ80の充電状態を監視し、充電が完了したかどうかを判定する。充電状態を監視は、バッテリ80のSOC(State Of Charge)を検出することによって行われる。
 動作検出部262は、モードスイッチ270がオンにされたことを検出する。利用者がモードスイッチ270をオンにする操作を行うことは、利用者がビーコン信号を検出する検出モードをオンにする所定の動作の一例である。
 モード制御部263は、ビーコン信号を検出する検出モードと、充電用の送電電力を受電する充電モードと、待機モードとのいずれかに受電器200のモードを設定する制御処理を行う。なお、待機モードは、検出モード及び充電モードのいずれでもなく、待機するモードである。
 モード制御部263は、動作検出部262によってモードスイッチ270がオンにされたことが検出されると、ビーコン信号を検出する検出モードを開始するように、モードの変更を行う。
 また、モード制御部263は、検出モードを開始した後の所定時間T2をカウントするタイマを有する。モード制御部263は、検出モードを開始した後の所定時間T2以内にビーコン信号検出部264によってビーコン信号が検出されない場合には、検出モードを終了し、待機モードに設定する。所定時間T2は、第2所定時間の一例である。
 また、モード制御部263は、送電器100から送電開始通知を受信すると、充電モードを開始するように、モードの変更を行う。
 ビーコン信号検出部264は、モード制御部263によって受電器200のモードが検出モードに設定されると、電圧検出部240によって検出される電圧値を監視して、ビーコン信号を検出する。ビーコン信号のパルス幅及びパルス間隔は予め決められており、メモリ267に格納されているので、ビーコン信号検出部264は、メモリ267に格納されたビーコン信号のパルス幅及びパルス間隔を読み出し、電圧検出部240によって検出される電圧値と比較することにより、ビーコン信号を検出する。
 信号送信部265は、ビーコン信号検出部264によってビーコン信号が検出されると、送電要求信号を送信する。信号送信部265は、応答信号送信部の一例であり、送電要求信号は、ビーコン信号を受信した受電器200がビーコン信号に対して応答する応答信号の一例である。
 スイッチ制御部266は、動作検出部262によってモードスイッチ270がオンにされたことが検出されると、スイッチ213をオフにしてコイル部211に共振電力が流れる状態に切り替える。
 また、スイッチ制御部266は、信号送信部265によって送電要求信号が送電器100に送信されてからの経過時間をカウントするタイマを有する。スイッチ制御部266は、信号送信部265によって送電要求信号が送電器100に送信されてから所定時間T3以内に電圧検出部240によって充電用の電力が検出されない場合には、スイッチ213をオンにして、コイル部211に共振電力が流れない状態に切り替える。所定時間T3は、第3所定時間の一例である。電圧検出部240は、充電用の電力の電圧値を検出する。
 メモリ267は、制御部260が上述した各種処理を実行するために必要なプログラム及びデータ等を格納する。具体例としては、メモリ267は、ビーコン信号のパルス幅及びパルス間隔を表すデータを格納する。
 図5は、実施の形態1の制御部110が実行する処理を示すフローチャートである。
 主制御部111は、送電器100の電源がオンにされると処理をスタートさせる。
 次に、電力制御部112は、交流電源1にビーコン信号を出力させる制御処理を行う(ステップS1)。これにより、交流電源1はビーコン信号を出力する。
 次に、受信判定部113は、受電器200から送電要求信号を受信したかどうかを判定する(ステップS2)。受電器200が複数ある場合には、少なくともいずれか1つから送電要求信号を受信すれば、受信判定部113は、送電要求信号を受信したと判定する。なお、受信判定部113は、送電要求信号を受信していない(S2:NO)と判定した場合は、送電要求信号を受信したと判定するまでステップS2の処理を繰り返し実行する。
 受信判定部113が送電要求信号を受信した(S2:YES)と判定すると、電力制御部112は、初期送電モードによる電力の送電を実行する(ステップS3)。初期送電モードは、初期送電用の電力を送電するモードである。初期送電用の電力は、受電器200を早期に充電状態に立ち上げるために、比較的大きな電力に設定されている。なお、初期送電モードで電力を送電する時間は予め決められている。
 次いで、電力制御部112は、本送電モードによる電力の送電を実行する(ステップS4)。本送電モードは、送電器100が受電器200とデータ通信を行い、受電器200に接続されたバッテリ80の定格出力及び充電量等に基づいて、最適な送電電力を送電するモードである。
 次いで、主制御部111は、受電器200から充電完了通知を受信したかどうかを判定する(ステップS5)。充電完了通知は、バッテリ80の充電が完了したことを表す通知であり、充電が完了した際に受電器200が送電器100に送信する。なお、主制御部111は、充電完了通知を受信するまでステップS5の処理を繰り返し実行する。
 主制御部111は、充電完了通知を受信すると、一連の処理を終了する(エンド)。なお、主制御部111は、ステップS5の処理が終わると、フローをステップS1にリターンし、送電器100の電源がオフにされるまで、ステップS1からS5の処理を繰り返し実行する。
 図6は、実施の形態1の制御部260が実行する処理を示すフローチャートである。
 主制御部261は、動作検出部262によってモードスイッチ270がオンにされたことが検出されると、処理をスタートさせる。
 まず、モード制御部263は、受電器200のモードを検出モードに設定し、タイマによる所定時間T2のカウントを開始する(ステップS21)。
 次に、スイッチ制御部266は、スイッチ213をオフにしてコイル部211に共振電力が流れる状態に切り替える(ステップS22)。
 次に、ビーコン信号検出部264は、電圧検出部240によって検出される電圧値を監視して、ビーコン信号を検出したかどうかを判定する(ステップS23)。
 ビーコン信号検出部264によってビーコン信号を検出した(S23:YES)と判定されると、信号送信部265は、送電要求信号を送信する(ステップS24)。
 次いで、スイッチ制御部266は、信号送信部265によって送電要求信号が送電器100に送信されてからの経過時間を計るために、タイマによる所定時間T3のカウントを開始する(ステップS25)。
 次いで、モード制御部263は、受電器200のモードを充電用の送電電力を受電する充電モードに設定する(ステップS26)。
 次いで、主制御部261は、充電用の電力が検出されたかどうかを判定する(ステップS27)。充電用の電力が検出されたかどうかの判定は、電圧検出部240によって検出される電圧値が、連続的な電圧値であって、かつ、充電用の電圧値であるかどうかを判定することによって行われる。
 主制御部261は、充電用の電力が検出された(S27:YES)と判定すると、DC-DCコンバータ250の制御等を行い、バッテリ80を充電する(ステップS28)。
 次いで、主制御部261は、バッテリ80の充電状態を監視し、充電が完了したかどうかを判定する(ステップS29)。主制御部261は、バッテリ80の充電が完了するまでステップS29の処理を繰り返し実行する。
 主制御部261は、バッテリ80の充電が完了した(S29:YES)と判定すると、充電が完了したことを表す充電完了通知を送電器100に送信する(ステップS30)。
 主制御部261は、充電完了通知を送電器100に送信すると、一連の処理を終了する(エンド)。
 また、ステップS23において、ビーコン信号検出部264によってビーコン信号を検出しない(S23:NO)と判定されると、モード制御部263は、タイマでカウントしている経過時間が所定時間T2未満であるかどうかを判定する(ステップS31)。ビーコン信号が検出されない状態が長時間にわたって続く場合は、何らかの理由で利用者が充電することを止めた場合等が有り得るため、所定時間T2まで待機することとしたものである。
 主制御部261は、ステップS31においてモード制御部263によって所定時間T2未満である(S31:YES)と判定されると、フローをステップS23にリターンする。所定時間T2が経過していないため、ビーコン信号を検出したかどうかを再度判定するためである。
 また、ステップS31において、モード制御部263によって所定時間T2未満ではない(S31:NO)と判定されると、スイッチ制御部266は、スイッチ213をオンにする(ステップS32)。この結果、コイル部211に共振電力が流れない状態に切り替えられる。ビーコン信号を検出せずに所定時間T2が経過した場合には、何らかの理由で受電していない状態にあるため、コイル部211に共振電力が流れない状態に切り替えることとしたものである。
 また、ステップS27において、主制御部261によって充電用の電力が検出されない(S27:NO)と判定されると、スイッチ制御部266は、タイマのカウント時間が所定時間T3に到達したかどうかを判定する(ステップS33)。充電用の電力が検出されない状態が長時間にわたって続く場合は、受電器200が送電器100から離れてしまった場合のように、充電できない状態にある可能性があるため、所定時間T3という期限を設けたものである。なお、タイマのカウント時間が所定時間T3に到達するとは、タイマのカウント時間が所定時間T3に等しくなることをいう。
 スイッチ制御部266によって、所定時間T3に到達していない(S33:NO)と判定されると、主制御部261は、フローをステップS27にリターンする。
 また、スイッチ制御部266によって、所定時間T3に到達している(S33:YES)と判定されると、スイッチ制御部266は、スイッチ213をオンにする(ステップS32)。この結果、コイル部211に共振電力が流れない状態に切り替えられる。送電要求信号を送信してから充電用の電力を受電せずに所定時間T3が経過した場合には、何らかの理由で受電していない状態にあるため、コイル部211に共振電力が流れない状態に切り替えることとしたものである。以上のように、一連の処理が行われる。
 図7は、実施の形態1の電力伝送システム50の動作例を示す図である。図7には、送電器100のモード及び送電電力の時間変化と、受電器200の動作タイミングとを示す。なお、横軸は時間軸である。
 時刻t0において、送電器100は、ビーコン信号出力モードでビーコン信号を出力している。ここで、時刻t1において、受電器200のモードスイッチ270がオンにされ、受電器200は、送電器100に対してビーコン信号を検出できる範囲内に存在している。
 時刻t2において、受電器200はビーコン信号を検出し、時刻t3で送電要求信号を送電器100に送信する。
 そして、時刻t4で送電器100が充電電力送電モードのうちの初期送電モードに切り替えられ、初期送電用の電力を送電する。初期送電用の電力は、受電器200を早期に充電状態に立ち上げるために、比較的大きな電力に設定されている。
 また、時刻t5において、送電器100は、充電電力送電モードのうちの初期送電モードから本送電モードに切り替わる。本送電モードでは、例えば、送電器100が受電器200とデータ通信を行い、受電器200に接続されたバッテリ80の定格出力及び充電量等に基づいて、最適な送電電力に設定される。
 以上のようにして、受電器200のモードスイッチ270がオンにされてビーコン信号を検出すると、送電要求信号を送電器100に送信する。これに対して、送電器100は、受電器200に充電用の電力を送電する。
 このように、実施の形態1によれば、受電器200がモードスイッチ270を含み、利用者によってモードスイッチ270がオンにされると、受電器200は、ビーコン信号を検知する検出モードに設定される。そして、受電器200は、検出モードにおいてビーコン信号を検出すると、送電要求信号を送電器100に送信する。すなわち、受電器200がビーコン信号を検出することが、充電開始のトリガになっている。
 ここで、受電器200は、周囲における導体の有無等に関係なく、所定の信号強度を有するビーコン信号を検出することができる。受電器200におけるビーコン信号の検出は、従来の電力伝送システムの送電機が充電デバイスを検出することに比べると、確実性が格段に高いものである。従来の電力伝送システムの送電機から見た負荷の変化に比べると、受電器200は、ビーコン信号の微小な信号レベルの変化を検出できるからである。
 そして、検出モードにおいてビーコン信号を検出した受電器200は、送電要求信号を送電器100に送信し、送電要求信号を受信した送電器100から充電用の電力が送電される。このため、実施の形態1によれば、より確実に受電器200の充電を開始することができる。
 従って、より確実に充電を開始することができる電力伝送システム50、受電器200、及び、受電器200の制御方法を提供することができる。
 なお、以上では、利用者がビーコン信号を検出する検出モードをオンにする所定の動作の一例として、受電器200がモードスイッチ270を有し、利用者がモードスイッチ270を操作する動作を行う形態について説明したが、検出モードをオンにする所定の動作は、このような動作以外の動作であってもよい。
 <実施の形態2>
 図8は、実施の形態2の送電器100Mと受電器200Mを示す図である。図8では、受電器200Mは、電子機器300Mに内蔵されている。以下では、実施の形態1と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。また、実施の形態1の送電器100、受電器200、電子機器300との相違点を中心に説明する。
 電子機器300Mは、受電器200M、バッテリ80、及び情報処理部310を含み、例えば、実施の形態1の電子機器300と同様に、タブレット型のコンピュータ等である。
 送電器100Mは、交流電源1、一次側コイル11、一次側共振コイル12、整合回路14、高周波アンプ15、キャパシタ16、アンテナ17、及び制御部110Mに加えて、近接センサ120Mを有する。すなわち、送電器100Mは、実施の形態1の送電器100の制御部110を制御部110Mに置き換えて近接センサ120Mを追加した構成を有する。なお、交流電源1を除いた部分を送電器100Mとして取り扱ってもよい。この場合には、交流電源1と送電器100Mを合わせて送電装置として取り扱ってもよい。
 受電器200Mは、二次側共振コイル210、整流回路220、平滑キャパシタ230、電圧検出部240、DC-DCコンバータ250、制御部260M、アンテナ270M、アンテナ280、及び出力端子290A、290Bを含む。すなわち、受電器200Mは、実施の形態1の受電器200の制御部260とモードスイッチ270を制御部260Mとアンテナ270Mに置き換えた構成を有する。
 制御部110Mは、実施の形態1の制御部110と同様に、ビーコン信号出力モード及び充電電力送電モードで動作するほかに、送電器100Mの電源がオンにされると、近接センサ120Mで受電器200Mを読み取る読み取りモードで動作する。制御部110Mは、読み取りモードにおいて近接センサ120Mによって受電器200Mが検出されると、ビーコン信号出力モードに移行する。
 近接センサ120Mは、例えば、FeliCa(登録商標)のような非接触型の近接通信を行う近接通信デバイスを読み取る装置(リーダ装置)であり、近接通信を検出する通信検出部の一例である。
 近接センサ120Mは、一例として、近接センサ120Mを中心とする半径1メートル以内の通信範囲を有し、通信範囲内にある近接通信デバイスの存在を検出する。ここでは、近接通信デバイスは、アンテナ270Mを含む受電器200M又は電子機器300Mである。近接センサ120Mは、通信範囲内に近接通信用の電波を放射している。
 受電器200M又は電子機器300Mに含まれるアンテナ270Mが近接センサ120Mにかざされると、アンテナ270Mに接続される制御部260Mは、アンテナ270Mを介して受信した電波の電力で近接通信を行い、近接センサ120Mに応答する。このため、近接センサ120Mは、アンテナ270Mが通信範囲に入ったことを検出することができる。換言すれば、近接センサ120Mは、アンテナ270Mを有する受電器200Mを読み取ることができる。
 なお、制御部260Mの応答は、アンテナ270Mを含む受電器200M又は電子機器300Mが通信範囲内にあることを示す信号を送信することであり、アンテナ270M、受電器200M、又は電子機器300Mの識別子を表すデータが含まれていてもよい。
 次に、受電器200Mの各構成要素について説明する。
 制御部260Mは、受電器200Mが近接センサ120Mによって読み取られると、ビーコン信号を検出する検出モードを開始し、検出モードにおいてビーコン信号を検出する。また、制御部260Mは、ビーコン信号を検出すると、ビーコン信号に対して応答して送電要求信号を送信する。すなわち、制御部260Mは、実施の形態1の制御部260がモードスイッチ270がオンにされることをトリガとして動作することの代わりに、受電器200Mが近接センサ120Mによって読み取られたことをトリガとして動作するものである。その他の動作は、実施の形態1の制御部260と同様である。
 アンテナ270Mは、電子機器300Mの筐体の外表面の近くに設けられている。アンテナ270Mは、バッテリ80を充電したい利用者が、ビーコン信号の検出モードを開始させる際に利用する近接通信デバイスであり、近接通信部の一例である。受電器200Mが近接センサ120Mによって読み取られると、受電器200Mは、検出モードを開始する。
 図9は、実施の形態2の制御部110Mの構成を示す図である。制御部110Mは、主制御部111M、電力制御部112M、受信判定部113、送電開始判定部114、及びメモリ115を有する。
 主制御部111Mは、制御部110Mの制御を統括する処理部であり、電力制御部112M、受信判定部113、及び送電開始判定部114が実行する処理以外の処理を実行する。また、主制御部111Mは、アンテナ17(図8参照)を介して、受電器200Mとデータ通信を行う。
 電力制御部112Mは、近接センサ120Mが近接通信の検出処理を開始してからの経過時間をカウントするタイマを有し、所定時間T1をカウントする処理を行う。所定時間T1は、第1所定時間の一例である。
 また、電力制御部112Mは、所定の場合に充電用の送電電力の送電を停止する処理を行う。また、これらの他に、電力制御部112Mは、実施の形態1の電力制御部112と同様の処理を行う。
 図10は、実施の形態2の制御部260Mの構成を示す図である。
 制御部260Mは、主制御部261M、動作検出部262M、モード制御部263、ビーコン信号検出部264、信号送信部265、スイッチ制御部266、及びメモリ267を有する。
 主制御部261Mは、制御部260Mの制御を統括する処理部であり、動作検出部262M、モード制御部263、ビーコン信号検出部264、信号送信部265、及びスイッチ制御部266が実行する処理以外の処理を実行する。また、主制御部261Mは、受電器200Mがアンテナ270Mを有することによって変更された処理以外は、実施の形態1の主制御部261と同様の処理を行う。
 動作検出部262Mは、アンテナ270Mが近接センサ120Mの通信範囲内に入り、近接センサ120Mから電波を受信すると、受電器200Mが近接センサ120Mによって読み取られたことを検出する。利用者が受電器200Mのアンテナ270Mを近接センサ120Mに近づけて読み取らせることは、利用者がビーコン信号を検出する検出モードをオンにする所定の動作の一例である。
 図11は、実施の形態2の制御部110Mが実行する処理を示すフローチャートである。
 主制御部111Mは、送電器100Mの電源がオンにされると処理をスタートさせる。
 次に、主制御部111Mは、近接センサ120Mでアンテナ270Mを有する受電器200Mを読み取ったかどうかを判定する(ステップS51)。主制御部111Mは、受電器200Mを読み取っていない(S51:NO)と判定すると、受電器200Mを読み取るまでステップS51の処理を繰り返し実行する。
 主制御部111Mによって受電器200Mを読み取った(S51:YES)と判定されると、電力制御部112Mは、交流電源1にビーコン信号を出力させる制御処理を行う(ステップS52)。これにより、送電器100Mはビーコン信号出力モードでになり、交流電源1は、ビーコン信号を出力する。
 次に、電力制御部112Mは、近接センサ120Mが近接通信の検出処理を開始してからの経過時間を計るために、タイマで所定時間T1のカウントを開始する(ステップS53)。
 次に、受信判定部113は、受電器200Mから送電要求信号を受信したかどうかを判定する(ステップS54)。受電器200Mが複数ある場合には、少なくともいずれか1つから送電要求信号を受信すれば、受信判定部113は、送電要求信号を受信したと判定する。
 受信判定部113が送電要求信号を受信した(S54:YES)と判定すると、電力制御部112Mは、初期送電モードによる電力の送電を実行する(ステップS55)。
 次いで、電力制御部112Mは、本送電モードによる電力の送電を実行する(ステップS56)。
 次いで、主制御部111Mは、受電器200Mから充電完了通知を受信したかどうかを判定する(ステップS57)。充電完了通知は、バッテリ80の充電が完了したことを表す通知であり、充電が完了した際に受電器200Mが送電器100Mに送信する。なお、主制御部111Mは、充電完了通知を受信するまでステップS57の処理を繰り返し実行する。
 主制御部111Mは、充電完了通知を受信すると、一連の処理を終了する(エンド)。なお、主制御部111Mは、ステップS57の処理が終わると、フローをステップS51にリターンし、送電器100Mの電源がオフにされるまで、ステップS51から処理を繰り返し実行する。
 また、ステップS54において、受信判定部113が送電要求信号を受信していない(S54:NO)と判定した場合は、電力制御部112Mは、タイマがカウントする経過時間が所定時間T1に到達したかどうかを判定する(ステップS58)。
 電力制御部112Mによって所定時間T1に到達していない(S58:NO)と判定されると、主制御部111Mは、フローをステップS54にリターンする。所定時間T1に到達するまでは、受電器200Mから送電要求信号を受信したかどうかを判定するためである。
 電力制御部112Mは、所定時間T1に到達した(S58:YES)と判定すると、交流電源1にビーコン信号の出力を停止させる(ステップS59)。これにより、受電器200は待機モードになる。
 ステップS59の処理が終了すると、主制御部111Mは、フローをステップS51にリターンする。利用者が引き続きアンテナ270Mを近接センサ120Mにかざす可能性があるため、ステップS51において、近接センサ120Mでアンテナ270Mを有する受電器200Mを読み取ったかどうかを判定するためである。
 図12は、実施の形態2の制御部260Mが実行する処理を示すフローチャートである。
 主制御部261Mは、受電器200の電源がオンにされると、処理をスタートさせる。
 まず、動作検出部262Mは、受電器200Mが近接センサ120Mによって読み取られたかどうかを判定する(ステップS71)。動作検出部262Mは、近接センサ120Mによって読み取られていない(S71:NO)と判定すると、近接センサ120Mによって読み取られるまでステップS71の処理を繰り返し実行する。
 動作検出部262Mが近接センサ120Mによって受電器200Mが読み取られた(S71:YES)と判定すると、モード制御部263は、受電器200Mのモードを検出モードに設定し、タイマによる所定時間T2のカウントを開始する(ステップS72)。
 次に、スイッチ制御部266は、スイッチ213をオフにしてコイル部211に共振電力が流れる状態に切り替える(ステップS73)。
 次に、ビーコン信号検出部264は、電圧検出部240によって検出される電圧値を監視して、ビーコン信号を検出したかどうかを判定する(ステップS74)。
 ビーコン信号検出部264によってビーコン信号を検出した(S74:YES)と判定されると、信号送信部265は、送電要求信号を送信する(ステップS75)。
 次いで、スイッチ制御部266は、信号送信部265によって送電要求信号が送電器100Mに送信されてからの経過時間を計るために、タイマによる所定時間T3のカウントを開始する(ステップS76)。
 次いで、モード制御部263は、受電器200Mのモードを充電用の送電電力を受電する充電モードに設定する(ステップS77)。
 次いで、主制御部261Mは、充電用の電力が検出されたかどうかを判定する(ステップS78)。充電用の電力が検出されたかどうかの判定は、電圧検出部240によって検出される電圧値が、連続的な電圧値であって、かつ、充電用の電圧値であるかどうかを判定することによって行われる。
 主制御部261Mは、充電用の電力が検出された(S78:YES)と判定すると、DC-DCコンバータ250の制御等を行い、バッテリ80を充電する(ステップS79)。
 次いで、主制御部261Mは、バッテリ80の充電状態を監視し、充電が完了したかどうかを判定する(ステップS80)。主制御部261Mは、バッテリ80の充電が完了するまでステップS80の処理を繰り返し実行する。
 主制御部261Mは、バッテリ80の充電が完了した(S80:YES)と判定すると、充電が完了したことを表す充電完了通知を送電器100Mに送信する(ステップS81)。
 主制御部261Mは、充電完了通知を送電器100Mに送信すると、一連の処理を終了する(エンド)。
 また、ステップS74において、ビーコン信号検出部264によってビーコン信号を検出していない(S74:NO)と判定されると、モード制御部263は、タイマでカウントしている経過時間が所定時間T2未満であるかどうかを判定する(ステップS82)。ビーコン信号が検出されない状態が長時間にわたって続く場合は、何らかの理由で利用者が充電することを止めた場合等が有り得るため、所定時間T2まで待機することとしたものである。
 主制御部261Mは、ステップS82においてモード制御部263によって所定時間T2未満である(S82:YES)と判定されると、フローをステップS74にリターンする。所定時間T2が経過していないため、ビーコン信号を検出したかどうかを再度判定するためである。
 また、ステップS82において、モード制御部263によって所定時間T2未満ではない(S82:NO)と判定されると、スイッチ制御部266は、スイッチ213をオンにする(ステップS83)。この結果、コイル部211に共振電力が流れない状態に切り替えられる。ビーコン信号を検出せずに所定時間T2が経過した場合には、何らかの理由で受電していない状態にあるため、コイル部211に共振電力が流れない状態に切り替えることとしたものである。
 なお、ステップS83の処理が終了すると、主制御部261Mは、フローをステップS71にリターンする。利用者が受電器200を再度近接センサ120Mに近づける動作に備えるためである。
 また、ステップS78において、主制御部261Mによって充電用の電力が検出されない(S78:NO)と判定されると、スイッチ制御部266は、タイマのカウント時間が所定時間T3に到達したかどうかを判定する(ステップS84)。充電用の電力が検出されない状態が長時間にわたって続く場合は、受電器200Mが送電器100Mから離れてしまった場合のように、充電できない状態にある可能性があるため、所定時間T3という期限を設けたものである。
 スイッチ制御部266によって、所定時間T3に到達していない(S84:NO)と判定されると、主制御部261Mは、フローをステップS78にリターンする。所定時間T3に到達する前までは、充電用の電力が検出されたかどうかを繰り返し判定するためである。
 また、スイッチ制御部266によって、所定時間T3に到達している(S84:YES)と判定されると、スイッチ制御部266は、スイッチ213をオンにする(ステップS83)。この結果、コイル部211に共振電力が流れない状態に切り替えられる。送電要求信号を送信してから充電用の電力を受電せずに所定時間T3が経過した場合には、何らかの理由で受電しない状態にあるため、コイル部211に共振電力が流れない状態に切り替えることとしたものである。以上のように、一連の処理が行われる。
 図13は、実施の形態2の電力伝送システムの動作例を示す図である。図13には、送電器100Mのモード及び送電電力の時間変化と、受電器200Mの動作タイミングとを示す。なお、横軸は時間軸である。
 時刻t20において、送電器100Mは、電源がオンにされ読み取りモードを開始する。
 時刻t21において、送電器100Mは、近接センサ120Mで受電器200Mを読み取る。
 受電器200Mを読み取ったことにより、送電器100Mは、時刻t22において、ビーコン信号出力モードでビーコン信号を出力する。
 時刻t23において、受電器200Mはビーコン信号を検出し、時刻t24で送電要求信号を送電器100Mに送信する。
 そして、時刻t25で送電器100Mが充電電力送電モードに切り替えられ、初期送電用の電力を送電する。初期送電用の電力は、受電器200Mを早期に充電状態に立ち上げるために、比較的大きな電力に設定されている。
 また、時刻t26において、送電器100Mは、初期送電用の電力から本送電用の電力に切り替える。これは、例えば、送電器100Mが受電器200Mとデータ通信を行い、受電器200Mに接続されたバッテリ80の定格出力及び充電量等に基づいて、最適な送電電力に設定された状態である。
 以上のようにして、受電器200Mのアンテナ270Mが近接センサ120Mにかざされると、受電器200Mがビーコン信号を検出する検出モードに切り替わり、送電器100Mはビーコン信号を出力する。そして、受電器200Mがビーコン信号を検出すると、送電要求信号を送電器100Mに送信し、充電モードに切り替わる。これに対して、送電器100Mは、受電器200Mに充電用の電力を送電する。
 すなわち、受電器200Mのアンテナ270Mが近接センサ120Mにかざされることが、充電開始のトリガになっている。
 ここで、受電器200Mは、周囲における導体の有無等に関係なく、所定の信号強度を有するビーコン信号を検出することができる。受電器200Mにおけるビーコン信号の検出は、従来の電力伝送システムの送電機が充電デバイスを検出することに比べると、確実性が格段に高いものである。従来の電力伝送システムの送電機から見た負荷の変化に比べると、受電器200Mは、ビーコン信号の微小な信号レベルの変化を検出できるからである。
 そして、検出モードにおいてビーコン信号を検出した受電器200Mは、送電要求信号を送電器100Mに送信し、送電要求信号を受信した送電器100Mから充電用の電力が送電される。このため、実施の形態2によれば、より確実に受電器200Mの充電を開始することができる。
 従って、より確実に充電を開始することができる電力伝送システム、受電器200M、及び、受電器200Mの制御方法を提供することができる。
 なお、以上では、利用者がビーコン信号を検出する検出モードをオンにする所定の動作の一例として、受電器200Mがアンテナ270Mを有し、利用者が受電器200Mのアンテナ270Mを近接センサ120Mに近づけて読み取らせる動作を行う形態について説明したが、検出モードをオンにする所定の動作は、このような動作以外の動作であってもよい。
 また、以上では、受電器200Mのアンテナ270Mが近接センサ120Mにかざされると、送電器100Mはビーコン信号を出力する形態について説明したが、アンテナ270Mが近接センサ120Mにかざされる前から送電器100Mはビーコン信号を出力していてもよい。
 以上、本発明の例示的な実施の形態の電力伝送システム、受電器、及び、受電器の制御方法について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
 50 電力伝送システム
 100、100M 送電器
 1 交流電源
 11 一次側コイル
 12 一次側共振コイル
 14 整合回路
 15 高周波アンプ
 16 キャパシタ
 17 アンテナ
 110、110M 制御部
 120M 近接センサ
 200、200M 受電器
 210 二次側共振コイル
 220 整流回路
 230 平滑キャパシタ
 240 電圧検出部
 250 DC-DCコンバータ
 260、260M 制御部
 261M 主制御部
 262M 動作検出部
 270、270M モードスイッチ
 280 アンテナ
 290A、290B 出力端子

Claims (10)

  1.  磁界共鳴又は電界共鳴によって電力を送電する送電器と、前記送電器から送電される電力を受電する1又は複数の受電器とを含む電力伝送システムであって、
     前記送電器は、
     前記磁界共鳴又は前記電界共鳴によって、所定のパルス状のビーコン信号を構築する第1送電電力、及び、連続的な第2送電電力のいずれか一方を送電する一次側共振コイルを有し、
     前記受電器は、
     前記一次側共振コイルから前記磁界共鳴又は前記電界共鳴によって送電される電力を受電する二次側共振コイルと、
     利用者の所定の動作を検出する動作検出部と、
     前記動作検出部によって前記所定の動作が検出されると、前記ビーコン信号を検出する検出モードを開始するモード制御部と、
     前記検出モードにおいて前記ビーコン信号が検出されると、前記ビーコン信号に対する応答信号を送信する応答信号送信部と
     を有する、電力伝送システム。
  2.  前記受電器は、前記検出モードをオンにするモードスイッチをさらに有し、
     前記動作検出部は、利用者が前記検出モードをオンにする前記モードスイッチへの操作を前記所定の動作として検出する、請求項1記載の電力伝送システム。
  3.  前記受電器は、前記送電器と近接通信を行う近接通信部をさらに有し、
     前記送電器は、前記受電器の前記近接通信を検出する通信検出部をさらに有し、
     前記動作検出部は、利用者が前記受電器で前記通信検出部に対して前記近接通信を行う操作を前記所定の動作として検出する、請求項1記載の電力伝送システム。
  4.  前記送電器は、
     高周波電源から前記一次側共振コイルに出力される高周波の送電電力を前記第1送電電力及び前記第2送電電力のいずれか一方に設定する電力制御部と、
     前記1又は複数の受電器のうちの少なくとも1つの受電器から前記ビーコン信号に対する応答信号を受信したかどうかを判定する受信判定部と、
     前記受信判定部によって前記応答信号を受信したと判定されると、前記電力制御部に前記第2送電電力を前記送電電力として設定させる送電開始判定部と
     をさらに有する、請求項1乃至3のいずれか一項記載の電力伝送システム。
  5.  前記受電器は、前記送電器と近接通信を行う近接通信部をさらに有し、
     前記動作検出部は、利用者が前記受電器で前記近接通信を行う操作を前記所定の動作として検出し、
     前記送電器は、
     高周波電源から前記一次側共振コイルに出力される高周波の送電電力を前記第1送電電力及び前記第2送電電力のいずれか一方に設定する電力制御部と、
     前記1又は複数の受電器のうちの少なくとも1つの受電器から前記ビーコン信号に対する応答信号を受信したかどうかを判定する受信判定部と、
     前記受信判定部によって前記応答信号を受信したと判定されると、前記電力制御部に前記第2送電電力を前記送電電力として設定させる送電開始判定部と、
     前記受電器の前記近接通信を検出する通信検出部と
     をさらに有し、
     前記電力制御部は、前記通信検出部が前記近接通信の検出処理を開始してから第1所定時間以内に前記受信判定部によって前記応答信号が受信されない場合には、前記第1送電電力の送電を停止する、請求項1記載の電力伝送システム。
  6.  前記モード制御部は、前記検出モードを開始した後の第2所定時間以内に前記ビーコン信号が検出されない場合には、前記検出モードを終了する、請求項1乃至5のいずれか一項記載の電力伝送システム。
  7.  前記受電器は、前記二次側共振コイルに磁界共鳴又は電界共鳴による共振電力が流れる状態と流れない状態とを切り替える共振スイッチと、
     前記動作検出部によって前記所定の動作が検出されると、前記共振スイッチを前記共振電力が流れる状態に切り替えるスイッチ制御部と
     をさらに有する、請求項1乃至6のいずれか一項記載の電力伝送システム。
  8.  前記受電器は、前記二次側共振コイルで受電する電力を検出する検出部をさらに有し、
     前記スイッチ制御部は、前記応答信号送信部によって前記応答信号が送信されてから第3所定時間以内に前記検出部によって電力が検出されない場合には、前記共振スイッチを前記共振電力が流れない状態に切り替える、請求項7記載の電力伝送システム。
  9.  送電器の一次側共振コイルから磁界共鳴又は電界共鳴によって送電される電力を受電する二次側共振コイルと、
     利用者の所定の動作を検出する動作検出部と、
     前記動作検出部によって前記所定の動作が検出されると、前記送電器が送信するビーコン信号を検出する検出モードを開始するモード制御部と、
     前記検出モードにおいて前記ビーコン信号が検出されると、前記ビーコン信号に対する応答信号を送信する応答信号送信部と
     を含む、受電器。
  10.  送電器の一次側共振コイルから磁界共鳴又は電界共鳴によって送電される電力を受電する二次側共振コイルを含む受電器の制御方法であって、
     利用者の所定の動作を検出する動作検出処理と、
     前記動作検出処理によって前記所定の動作が検出されると、前記送電器が送信するビーコン信号を検出する検出モードを開始するモード制御処理と、
     前記検出モードにおいて前記ビーコン信号を検出すると、前記ビーコン信号に対する応答信号を送信する応答信号送信処理と
     を行う、受電器の制御方法。
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