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公開番号2020005499
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200109
出願番号2019161230
出願日20190904
発明の名称受電装置
出願人株式会社半導体エネルギー研究所
代理人
主分類H02J 7/00 20060101AFI20191206BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】通信及び給電を同時に行うことが可能な受電装置及び給電システムを提供する及び給電中も安定な通信が行える受電装置及び給電システムを提供する。
【解決手段】給電システムにおいて受電装置110は、変調信号を含む交流電力を受信する、通信用及び給電用アンテナ152と、受信した変調信号を含む交流電力を整流することにより、変調信号を含む交流電力を直流電力に変換する整流回路115と、変換された直流電力を平滑する平滑化回路116と、平滑化された直流電力を蓄える蓄電装置120と、変調信号を含む交流電力が入力され、当該交流電力に含まれる変調信号を解析し、当該直流電力の電位及び接地電位を用いて駆動される通信制御部119と、アンテナと整流回路との間に配置され、通信制御部に入力される交流電力の基準電位を変化させる変圧器125と、を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
変調信号を含む交流電力を受信する、給電用アンテナと、
受信した前記変調信号を含む前記交流電力を整流することにより、前記変調信号を含む前記交流電力を直流電力に変換する整流回路と、
前記直流電力を蓄える蓄電装置と、
前記変調信号を含む前記交流電力が入力され、前記変調信号を解析し、前記直流電力の電位及び接地電位を用いて駆動される通信制御部と、
前記給電用アンテナと前記整流回路との間に配置され、前記通信制御部に入力される前記交流電力における第1の電位を変化させる変圧器と、を有し、
前記第1の電位は、前記交流電力の最大電位と最小電位の中間の電位であり、
前記給電用アンテナは、前記変調信号を含む前記交流電力を受信する、受電装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
開示される発明の一態様は、受電装置及び給電システムに関する。
続きを表示(約 8,300 文字)【背景技術】
【0002】
様々な電子機器の普及が進み、多種多様な製品が市場に出荷されている。近年では、携帯
電話及びデジタルビデオカメラ等の携帯型の電子機器の普及が顕著である。また電力を基
に動力を得る電気自動車等の電気推進移動体も製品として市場に登場しつつある。
【0003】
携帯電話、デジタルビデオカメラまたは電気推進移動体には、蓄電手段である蓄電装置(
バッテリ、蓄電池ともいう)が内蔵されている。当該蓄電装置の給電は、殆どが給電手段
である家庭用交流電源より直接的に接触させて行われているのが現状である。また蓄電装
置を具備しない構成または蓄電装置に給電された電力を用いない構成では、家庭用交流電
源より配線等を介して直接給電し動作させているのが現状である。
【0004】
一方で非接触により蓄電装置の給電または負荷への給電を行う方式についての研究開発も
進んでおり、代表的な方式として、電磁結合方式(電磁誘導方式ともいう)(特許文献1
及び特許文献2参照)、電波方式(マイクロ波方式ともいう)、磁界共鳴方式(共振方式
ともいう)(特許文献3及び特許文献4参照)が挙げられる。
【0005】
特許文献3に示されるように、磁界共鳴方式の非接触給電技術においては、電力を受ける
側の装置(以下、受電装置という)及び電力を供給する側の装置(以下、送電装置という
)のそれぞれが、共鳴コイルを有している。また受電装置及び送電装置には、それぞれ電
磁誘導コイルが設けられている。送電装置における電源から共鳴コイルへの給電、及び、
受電装置における共鳴コイルから負荷への給電は、電磁誘導コイルを介して行われる。
【0006】
送電装置は、共鳴コイルとコンデンサを含む第1のLC共振回路を有する。受電装置は、
共鳴コイルとコンデンサを含む第2のLC共振回路を有する。第1のLC共振回路と第2
のLC共振回路は、特定の周波数で磁気共鳴現象が発現するよう、それぞれの共振周波数
(LC共振)が調整されている。
【0007】
これら送電装置の共鳴コイル及び受電装置の共鳴コイルが対向し、磁界共鳴現象を起こす
ことにより、当該共鳴コイル間距離が離れている状態でも、効率の良い電力伝送が実現で
きる(非特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
特開2011−223716号公報
特開2009−189231号公報
特開2011−29799号公報
特開2011−166883号公報
【非特許文献】
【0009】
「ワイヤレス給電2010 非接触充電と無線電力伝送のすべて」日経エレクトロニクス、2010年3月、pp.66−81
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
特許文献1乃至特許文献4に記載の電力伝送システムでは、電力伝送と共に、受電側の情
報を送電側に伝える通信を、受電側のアンテナ及び送電側のアンテナを用いて行っている

【0011】
通信と電力伝送を同じ送電側アンテナ及び受電側アンテナで行うと、通信期間(小さい電
力で行う)及び給電期間(大きな電力で行う)を、時間的に分離しなくてはならない。そ
のため、通信中は給電が行えず、また給電中は通信を行えないという状況が発生する。
【0012】
通信と給電を時間的に分離してしまうと、給電中に通信(データ送受信)を行えなくなり
、データ送受信のタイミングの自由度が著しく低下する。そのため、受信側の情報(例え
ば、受電側の入力電力の電力値や、受電側に設けられた蓄電装置の充電電圧値等)の伝達
遅延を招く恐れを生じる。
【0013】
また通信と給電を時間的に分離してしまうと、通信中は給電を行うことができないため、
受電側は継続的に電力を受け取ることができない。
【0014】
通信中は給電を行うことができないと、直接コードから充電するような接点型充電方式で
の充電と比較して、蓄電装置への充電速度は低下する。
【0015】
また、受電側が受け取った電力を、負荷(例えば、電気機器)で消費する場合、電力供給
されない期間が発生すると、当該負荷(例えば、電気機器)が動作できないという恐れが
生じる。
【0016】
以上に鑑みて、開示される発明の一態様は、通信及び給電を同時に行うことが可能な受電
装置及び給電システムを提供することを課題の一とする。
【0017】
また通信と給電を同時に行うと、通信の電磁波の基準電位と、給電の直流電力の基準電位
がずれてしまい、通信の電磁波の基準電位が不安定化するという恐れがある。通信の電磁
波の基準電位が不安定化すると、通信自体が不可能になる恐れが生じる。
【0018】
よって開示される発明の一態様では、給電中も安定な通信が行える受電装置及び給電シス
テムを提供することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【0019】
通信及び給電を同時に行う給電システムにおいて、受電装置のアンテナが交流電力を受電
後、当該受電した交流電力に含まれていた変調信号を通信制御部へ送り、当該通信制御部
の制御回路が当該変調信号を解析する。これにより、当該変調信号に含まれる送電装置の
情報や指示を受電装置が受信することができる。
【0020】
また当該受電した交流電力は、整流回路によって整流され、直流電力に変換される。当該
直流電力は、受電装置に設置されている蓄電装置に蓄えられる。蓄電装置に蓄えられた直
流電力の一部は、当該通信制御部を駆動する電力として用いられる。
【0021】
通信及び給電を同時に行うことが可能な受電装置を、図3に示す。図3に示す受電装置1
30は、アンテナである電磁結合コイル113、整流回路115、平滑化回路116、蓄
電装置120、通信制御部119を有している。
【0022】
電磁結合コイル113の一方の端子、整流回路115の第1の端子、及び通信制御部11
9の端子Tx1は、ノードNDaと電気的に接続されている。電磁結合コイル113の他
方の端子、整流回路115の第2の端子、及び通信制御部119の端子Tx2は、ノード
NDbと電気的に接続されている。電磁結合コイル113の中心点は、通信制御部119
の端子COMに電気的に接続されている。
【0023】
整流回路115の第3の端子、平滑化回路116の第1の端子、蓄電装置120の正極、
通信制御部119の端子VBatは、ノードNDcと電気的に接続されている。整流回路
115の第4の端子は、接地されている。
【0024】
整流回路115は、交流電力を直流電力に変換する交流−直流変換器(AC−DCコンバ
ータ)として機能する。高い整流効率を得るためには、整流回路115として全波整流を
用いることが好適である。図3に示す整流回路115は、4つのダイオードから構成され
るブリッジ整流回路である。
【0025】
平滑化回路116は、整流回路115から出力された直流電力を蓄え、かつ放出すること
により、直流電力を平滑化する機能を有する。図3の受電装置130において、平滑化回
路116としてコンデンサを用いる。また、平滑化回路116の第2の端子は、接地され
ている。なお平滑化回路116は、必要がなければ設けなくてもよい。
【0026】
蓄電装置120は、直流電力を蓄える機能を有する。蓄電装置120の正極は、ノードN
Dcに電気的に接続され、負極は、接地されている。
【0027】
通信制御部119は、送電装置から受電装置へ送電される交流電力に含まれる変調信号(
送信信号)を解析する。通信制御部119は、入力された交流電力の電圧振幅の振幅変調
を読み取ることで、変調信号を解析する。これにより、当該変調信号に含まれる送電装置
の情報や指示を受電装置が受信することができる。
【0028】
なお、変調信号(送信信号)を含む交流電力を受信した受電装置130は、送電装置(図
示しない)へ反射電力を反射する。当該反射電力には、受電装置130の情報を含む変調
信号(返信信号)が含まれている。当該返信信号を含む反射電力を受信し、当該返信信号
を解析することにより、送電装置は受電装置130の情報を得ることができる。これによ
り、送電装置及び受電装置130間の通信が成立する。
【0029】
通信制御部119の端子GNDには、接地電位GNDが印加される。通信制御部119の
端子VBatに印加される電位VBat、及び、端子GNDに印加される接地電位GND
を基準電位として、通信制御部119が駆動される。
【0030】
一方、通信制御部119の端子Tx1及び端子Tx2には、受電装置のアンテナが受電し
た電磁波としての交流電力が入力される。
【0031】
ここで、整流回路115によって整流される前の交流電力の電圧振幅と、整流回路115
によって整流された後の直流電力の最大電位及び最小電位を図2(A)に示す。なお、図
2(A)乃至図2(C)の横軸は時間であり、縦軸は電位である。ノードNDa、ノード
NDb、及びノードNDcの電位を、それぞれ電位Va、電位Vb、及び電位Vcとする
。整流回路115によって整流された後の直流電力の電位Vc及び接地電位である電位G
NDは、上述のように、通信制御部119を駆動する際の基準電位として機能する。
【0032】
なお受電装置130のアンテナが受電した交流電力は、後述の交流電源で生成された交流
電力(搬送波)を変調した電力(電磁波)である。そのため、当該変調した電力(電磁波
)を整流することによって得られた直流電力の電位は、最大値が電位Vaより低い電位V
cとなり、最小値が接地電位となる。平滑化回路116により整流後の直流電力が平滑化
され、蓄電装置120に充電される。蓄電装置120への充電電力の最大電位は電位Vc
、最小電位は電位GNDとみなすことができる。別言すれば、蓄電装置への充電電圧はV
c−GNDであるとみなすことが可能である。
【0033】
図2(A)に示すように、受電装置130のアンテナ(電磁結合コイル113)が受電し
た交流電力Aは、最大電位である電位Va及び最小電位である電位Vbを有する電磁波で
ある。当該交流電力を整流回路115によって整流すると、受電装置130のアンテナの
中心点の電位Vmを基準電位として、プラス側に電位Vcを有する直流電力が発生する。
なお本明細書では、アンテナの中心点の電位Vmは、電位Vaと電位Vbの差の中間の電
位を有するので、電位Vmを交流電力の中間電位ともいう。
【0034】
上述のようにして生成された直流電力により通信制御部119が駆動される場合、通信制
御部119の端子VBatに電位Vcが印加される。
【0035】
また、上述のように、最大電位である電位Va、最小電位である電位Vbを有し、変調信
号を有する交流電力Aは、通信制御部119の端子Tx1、端子Tx2に入力される。こ
の時、通信制御部119内部の電位変動の影響を受けて、交流電力の基準電位Vmが変動
する場合がある(図2(B)参照)。
【0036】
例えば、図2(B)において、最大電位である電位Va、最小電位である電位Vb、及び
基準電位である電位Vmを有する交流電力を交流電力Aとし、基準電位が変動して電位V
m1となった後の交流電力を交流電力Bとする。交流電力Bは、基準電位である電位Vm
1(Vm1<Vm)、最大電位である電位Va’(Va’<Va)、最小電位である電位
Vb’(Vb’<Vb)を有する交流電力である。
【0037】
交流電力Bのような交流電力が整流回路115に供給されると、生成されるノードNDc
の電位は、電位Vcより低い電位である電位Vc’となる。なお、電位Vm1が電位Vm
よりも高い場合は、電位Vc’は電位Vcより高くなる。このように、整流回路115に
入力される交流電力の基準電位が不安定であると、生成される電位Vcが不安定となり、
通信に支障を来す恐れが生じる。さらには、通信制御系の駆動回路の破損を招く恐れが生
じる。
【0038】
安定な通信を得るために、さらに、通信制御系の駆動回路の破損を防ぐために、開示され
る発明の一態様では、通信制御部119内部の電位変動の影響を受けないように、整流回
路115に交流電力を入力する。より具体的には、受電装置のアンテナ及び整流回路との
間に変圧器(トランスともいう)を配置する。
【0039】
受電装置のアンテナ及び整流回路との間に変圧器を配置すると、アンテナから通信制御部
119に入力された交流電力(変調信号を含む)が通信制御部119内部の電位変動の影
響を受けたとしても、変圧器は電圧振幅のみを伝達するため、電位Vcを安定させること
ができる。
【0040】
以上により、開示される発明の一態様の受電装置及び給電システムにおいて、安定な通信
を得ることができる。さらに、開示される発明の一態様の受電装置及び給電システムにお
いて、通信制御系の駆動回路の破損を防ぐことが可能となる。
【0041】
開示される発明の一態様は、変調信号を含む交流電力を受信する、通信用及び給電用アン
テナと、当該受信した変調信号を含む交流電力を整流することにより、当該変調信号を含
む交流電力を直流電力に変換する整流回路と、当該変換された直流電力を平滑する平滑化
回路と、当該平滑化された直流電力を蓄える蓄電装置と、当該変調信号を含む交流電力が
入力され、当該交流電力に含まれる変調信号を解析し、当該直流電力の電位及び接地電位
を用いて駆動される通信制御部と、当該アンテナと当該整流回路との間に配置され、当該
通信制御部に入力される当該交流電力の基準電位を変化させる変圧器と、を有することを
特徴とする受電装置に関する。
【0042】
開示される発明の一態様において、当該通信制御部は、当該変調信号を解析する制御回路
と、当該変調信号を当該制御回路が解析可能な信号に変換する無線インターフェース部と
、当該直流電力の電位及び接地電位から、当該制御回路及び当該無線インターフェース部
の基準電位を生成するリファレンス電圧生成部を有することを特徴とする。
【0043】
開示される発明の一態様は、変調信号を生成する第1の制御回路と、当該変調信号を無線
通信可能な信号に変換する変調回路と、当該変調信号を含む交流電力を送信する第1のア
ンテナと、を有する送信装置と、当該変調信号を含む交流電力を受信する、通信用及び給
電用の第2のアンテナと、当該第2のアンテナが受信した当該変調信号を含む交流電力を
整流することにより、当該変調信号を含む交流電力を直流電力に変換する整流回路と、当
該変換された直流電力を平滑する平滑化回路と、当該平滑化された直流電力を蓄える蓄電
装置と、当該当該変調信号を含む交流電力が入力され、当該交流電力に含まれる当該変調
信号を解析し、当該直流電力の電位及び接地電位を用いて駆動される通信制御部と、当該
第2のアンテナと当該整流回路との間に配置され、当該通信制御部に入力される当該交流
電力の一部の基準電位を変化させる変圧器と、を有する受電装置と、を有することを特徴
とする給電システムに関する。
【0044】
開示される発明の一態様において、当該通信制御部は、当該変調信号を解析する第2の制
御回路と、当該変調信号を当該第2の制御回路が解析可能な信号に変換する無線インター
フェース部と、当該直流電力の電位及び接地電位から、当該第2の制御回路及び当該無線
インターフェース部の基準電位を生成するリファレンス電圧生成部を有することを特徴と
する。
【発明の効果】
【0045】
開示される発明の一態様により、通信及び給電を同時に行うことが可能な受電装置及び給
電システムを提供することができる。
【0046】
また開示される発明の一態様により、給電中も安定な通信が行える受電装置及び給電シス
テムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0047】
受電装置を説明する図。
交流電力及び直流電力を示す図。
受電装置を説明する図。
送電装置を説明する図。
給電システムを説明する図。
変圧器がある場合とない場合について、直流電力の電圧値の変化を示す図。
給電システムを適用できる電気機器について説明する図。
【発明を実施するための形態】
【0048】
以下、本明細書に開示された発明の実施の態様について、図面を参照して説明する。但し
、本明細書に開示された発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本明細書
に開示された発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変
更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限
定して解釈されるものではない。なお、以下に示す図面において、同一部分又は同様な機
能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、同様のも
のを指す際には同じハッチパターンを使用し、特に符号を付さない場合がある。
【0049】
なお、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、説明を分かりやすくす
るために、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示す
る発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
【0050】
なお、本明細書等における「第1」、「第2」、「第3」などの序数は、構成要素の混同
を避けるために付すものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
(【0051】以降は省略されています)

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