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公開番号2021069279
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210430
出願番号2021010525
出願日20210126
発明の名称受電機器及び無線給電システム
出願人富士ゼロックス株式会社
代理人個人,個人
主分類H02J 50/20 20160101AFI20210402BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】無線充電中も機器全体に電力を供給し動作させる場合に比べ、二次電池を無線方式で効率的に充電する。
【解決手段】受電機器は、電力を蓄える二次電池と、給電装置から電波方式で給電される電力を受電する受電部と、動作モードを決定するゲート回路とを有する。ゲート回路は、動作モードが、受電部で受電される電力で二次電池を無線充電するモードである場合、二次電池から機能部への電力の供給を停止する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
電力を蓄える二次電池と、
給電装置から電波方式で給電される電力を受電する受電部と、
動作モードを決定するゲート回路と
を有し、
前記ゲート回路は、前記動作モードが、前記受電部で受電される電力で前記二次電池を無線充電するモードである場合、前記二次電池から機能部への電力の供給を停止する、
受電機器。
続きを表示(約 750 文字)【請求項2】
前記機能部は、制御部、撮像部、表示部、記録部、操作部のうちいずれか1つ以上である、請求項1に記載の受電機器。
【請求項3】
前記機能部は、CPUを含む、請求項1又は2に記載の受電機器。
【請求項4】
前記ゲート回路は、電源ケーブルで電力が給電されるモードである場合、前記機能部への電力の供給を停止することなく、前記二次電池を充電する、請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の受電機器。
【請求項5】
前記ゲート回路は、前記二次電池が低充電状態になった場合、前記動作モードを、当該二次電池を無線充電するモードに設定する、
請求項1〜4のうちいずれか1項に記載の受電機器。
【請求項6】
前記ゲート回路は、前記給電装置からの信号を検知した場合、前記二次電池を無線充電するモードに設定する、
請求項1〜4のうちいずれか1項に記載の受電機器。
【請求項7】
電波方式で電力を給電する給電装置と、
電力を蓄える二次電池と、前記給電装置から電波方式で給電される電力を受電する受電部と、動作モードを決定するゲート回路とを有する受電機器と
を備え、
前記ゲート回路は、前記動作モードが、前記受電部で受電される電力で前記二次電池を無線充電するモードである場合、前記二次電池から機能部への電力の供給を停止する、
無線給電システム。
【請求項8】
前記給電装置は、前記受電機器から給電の開始を要求する信号を受信した場合、送電アンテナの指向性を制御し、当該受電機器が存在する方向に送出されるマイクロ波の強度を高める、
請求項7に記載の無線給電システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、受電機器及び無線給電システムに関する。
続きを表示(約 6,300 文字)【背景技術】
【0002】
特許文献1には、無線で電力を給電する充電器と携帯機器全体の動作を制御するCPUとが通信し、充電器から磁界共振方式で受電した電力により携帯機器に搭載された二次電池を充電する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特許第5550249号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
無線による給電技術の一つに電波方式がある。電波方式は、他の方式に比べて給電距離が長い一方、充電に用いる電力の供給能力を示す給電容量が小さい特性がある。このため、電波方式で給電した電力による二次電池の充電中に消費電力が大きい受電機器側のCPUが動作していると、二次電池の充電が進まない。
【0005】
本発明の目的は、無線充電中も機器全体に電力を供給し動作させる場合に比べ、二次電池を無線方式で効率的に充電することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
請求項1に記載の発明は、電力を蓄える二次電池と、給電装置から電波方式で給電される電力を受電する受電部と、動作モードを決定するゲート回路とを有し、前記ゲート回路は、前記動作モードが、前記受電部で受電される電力で前記二次電池を無線充電するモードである場合、前記二次電池から機能部への電力の供給を停止する、受電機器である。
請求項2に記載の発明は、前記機能部は、制御部、撮像部、表示部、記録部、操作部のうちいずれか1つ以上である、請求項1に記載の受電機器である。
請求項3に記載の発明は、前記機能部は、CPUを含む、請求項1又は2に記載の受電機器である。
請求項4に記載の発明は、前記ゲート回路は、電源ケーブルで電力が給電されるモードである場合、前記機能部への電力の供給を停止することなく、前記二次電池を充電する、請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の受電機器である。
請求項5に記載の発明は、前記ゲート回路は、前記二次電池が低充電状態になった場合、前記動作モードを、当該二次電池を無線充電するモードに設定する、請求項1〜4のうちいずれか1項に記載の受電機器である。
請求項6に記載の発明は、前記ゲート回路は、前記給電装置からの信号を検知した場合、前記二次電池を無線充電するモードに設定する、請求項1〜4のうちいずれか1項に記載の受電機器である。
請求項7に記載の発明は、電波方式で電力を給電する給電装置と、電力を蓄える二次電池と、前記給電装置から電波方式で給電される電力を受電する受電部と、動作モードを決定するゲート回路とを有する受電機器とを備え、前記ゲート回路は、前記動作モードが、前記受電部で受電される電力で前記二次電池を無線充電するモードである場合、前記二次電池から機能部への電力の供給を停止する、無線給電システムである。
請求項8に記載の発明は、前記給電装置は、前記受電機器から給電の開始を要求する信号を受信した場合、送電アンテナの指向性を制御し、当該受電機器が存在する方向に送出されるマイクロ波の強度を高める、請求項7に記載の無線給電システムである。
【発明の効果】
【0007】
請求項1記載の発明によれば、無線充電中も機器全体に電力を供給し動作させる場合に比べ、二次電池を無線方式で効率的に充電できる。
請求項2記載の発明によれば、二次電池を無線方式で効率的に充電できる。
請求項3記載の発明によれば、二次電池を無線方式で効率的に充電できる。
請求項4記載の発明によれば、機器全体の動作を停止させずに、二次電池を充電できる。
請求項5記載の発明によれば、二次電池の電池残量がなくなる事態を回避できる。
請求項6記載の発明によれば、充電に使用されない無線充電モードの期間を少なくできる。
請求項7記載の発明によれば、無線充電中も機器全体に電力を供給し動作させる場合に比べ、二次電池を無線方式で効率的に充電できる。
請求項8記載の発明によれば、二次電池を無線方式で効率的に充電できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
本発明の実施の形態に係る無線給電システムのブロック構成を説明する図である。
受電側電源の機能構成を説明する図である。
動作例1として受電側電源が実行する動作手順を説明するフローチャートである。
無線充電モードにおける給電の様子を説明する図である。
動作例2として受電側電源が実行する動作手順を説明するフローチャートである。
動作例3として受電側電源が実行する動作手順を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0010】
<システム構成>
図1は、本発明の実施の形態に係る無線給電システム10のブロック構成を説明する図である。無線給電システム10は、二次電池112に蓄積された電力で動作する受電機器100と、受電機器100に電波方式で電力を供給する給電装置200とで構成される。
【0011】
受電機器100は、例えばノート型のコンピュータ、タブレット型のコンピュータ、スマートフォン、携帯電話機、デジタルカメラ、デジタルビデオ、ゲーム機などの携帯型の電子機器の他、二次電池を搭載する画像形成装置などの据え置き型の装置を含む。
【0012】
画像形成装置は、入力データに対応する画像を記録材に形成する装置であり、例えばコピー機能、スキャナ機能、ファックス送受信機能、印刷機能を搭載する。もっとも、画像形成装置は、1つの機能に特化した装置、例えばスキャナ、ファックス送受信機、プリンタ(3次元プリンタを含む。)であってもよい。
【0013】
受電機器100は、電波方式により供給される電力を受電して動作電力とする機能を搭載する機器である。受電機器100は、受電機器100の各部に電力を供給する電源部101、外部機器との通信に使用される通信ブロック102、機器全体の動作を制御する制御部103、被写体の撮影に使用される撮影部104、情報の表示に使用される表示部105、情報の記憶に使用される記録部106、ユーザの操作入力を受け付ける操作部107を有する。
【0014】
電源部101は、給電装置200から電波方式で供給される電力を受電する受電アンテナ111、電力の供給向きを制限する整流用ダイオードD、電力を蓄積する内蔵型の二次電池112、電源部の動作を制御する受電側電源IC(Integrated Circuit)113を有している。受電アンテナ111は、受電部の一例であり、格子状に配列された複数のアンテナ素子で構成される。本実施の形態の場合、受電アンテナ111は、5.8GHz帯の高出力マイクロ波を受信する。受電アンテナ111で受信されたマイクロ波のエネルギーは、整流用ダイオードDにより直流に変換され、受電側電源IC113に供給される。
【0015】
受電側電源IC113は、二次電池112から供給される電力により動作する。受電側電源IC113は、電源制御手段の一例である。受電側電源IC113は、幾つかの回路、例えば残容量検出回路、給電切替スイッチ、電圧レギュレータ、動作モード判定回路などで構成される。
【0016】
残容量検出回路は、電圧測定方式、クーロン・カウンタ方式、電池セル・モデリング方式、インピーダンス・トラック方式のいずれかを用いて二次電池112の残容量を測定する回路である。給電切替スイッチは、動作モードに応じて電力の給電先又は範囲を切り替えるスイッチである。電圧レギュレータは、例えば受電アンテナ111で受電した電圧値の安定化、二次電池112から各部に供給される電圧値の安定化に用いられる。
【0017】
動作モード判定回路は、機器全体を制御する制御部103(CPU121)や操作部107(主電源スイッチ141)から入力される電源操作信号、制御部103(CPU121)から与えられる動作モードの指示信号、電源ラインに現れる電位、通信ブロック102(通信部131)から受信される検知信号などにより動作モードを決定する。これらの回路はゲート回路などで構成され、実行される動作も限られている。このため、受電側電源IC113で消費される電力は、機器全体を制御する制御部103で消費される電力に比して小さく済む。
【0018】
受電側電源IC113は、無線充電モードの場合、二次電池112の電力を通信ブロック102に供給し、制御部103、撮影部104、表示部105、記録部106、操作部107には供給しない。無線充電モードは、受電アンテナ111で受電された電力で二次電池112を充電する動作モードである。本実施の形態の場合、無線充電モード中は、消費電力の少ない受電側電源IC113と通信ブロック102に限り二次電池112からの電力の供給が継続され、消費電力が大きい制御部103や他の機能部への電力の供給が停止される。このため、無線充電モード中に受電機器100内で消費される電力は小さく済む。
【0019】
なお、受電側電源IC113は、通常動作モードの場合、二次電池112の電力を通信ブロック102、制御部103、撮影部104、表示部105、記録部106、操作部107に供給する。受電側電源IC113は、電源ケーブルを通じて電力が給電される通常動作モードの場合も、二次電池112の電力を通信ブロック102、制御部103、撮影部104、表示部105、記録部106、操作部107に供給する。
【0020】
通信ブロック102は、無線通信に使用される通信部131、通信用アンテナ132、設定内容の保存に用いられる無線用ROM133、制御部103との通信に使用されるインタフェース、電源部101との通信に使用されるインタフェースを有する。通信ブロック102は、無線通信部の一例である。通信ブロック102には、電源部101の動作モードによらず電力が供給される。
【0021】
なお、通信ブロック102には、通信用アンテナ132で受信した電磁波から取り出した電力を用いて動作する機能を設けてもよい。通信ブロック102は、給電装置200が送信する給電用のマイクロ波の受信に用いられる他、給電装置200に自機の位置を通知する信号や給電開始を要求する信号の送信にも用いられる。
【0022】
制御部103は、機器全体を制御するCPU(Central Processing Unit)121、ROM(Read Only Memory)122、RAM(Random Access Memory)123、時間を計測する時計IC(Real Time Clock: RTC)124、RTC用コイン型電池125、周辺ブロックとの通信に用いる通信バス、データとのやりとりに用いるデータバスを有する。
【0023】
撮影部104は、光学系、撮像素子などを有する。表示部105は、表示パネル、駆動回路などを含む。記録部106は、着脱自在な記録媒体にデータを書き込む記録制御部などを有する。操作部107は、主電源スイッチ141、操作スイッチ142などを有する。
【0024】
給電装置200は、マイクロ波を発生するマイクロ波発振器201、マイクロ波の位相と振幅を制御する給電制御部202、給電用のマイクロ波を高出力で送信する送電アンテナ203、無線通信用の通信部204、通信用アンテナ205、無線用ROM206を有する。本実施の形態の場合、送電アンテナ203は、複数のアンテナ素子を配列したアレイアンテナとして構成されている。送電アンテナ203の指向性は、個々のアンテナ素子に与えるマイクロ波の振幅や位相の調整により電気的に変更される。
【0025】
通信用アンテナ205は、指向性が異なる複数のアンテナ素子で構成してもよい。この場合、複数のアンテナ素子における受信強度は、受電機器100の位置方向の検知にも用いられる。給電制御部202は、受電機器100から電波が受信された場合、受電機器100から受信した通信電波の強度が高い方向に送電アンテナ203の指向性を合わせ、給電を開始する。
【0026】
<受電側電源IC113の機能構成>
図2は、受電側電源IC113の機能構成を説明する図である。受電側電源IC113は、外部から供給される電力により二次電池112を充電する充電部113Aと、二次電池112に蓄積されている電力を受電機器100内の各部に供給する電力供給部113Bと、二次電池112の残容量を測定する残容量測定部113Cと、電源部101の動作モードを判定するモード判定部113Dとを含む。
【0027】
充電部113Aは、受電アンテナ111から入力される電力又は電源ケーブルを通じて入力される電力により二次電池112を充電する。電力供給部113Bは、動作モードに応じて通信ブロック102、制御部103、撮影部104、表示部105、記録部106、操作部107に対する電力の給電と給電停止を切り替える。なお、充電部113Aと残容量測定部113Cとモード判定部113Dには、動作モードによらず電力が供給される。
【0028】
残容量測定部113Cは、前述したように、電圧測定方式、クーロン・カウンタ方式、電池セル・モデリング方式、インピーダンス・トラック方式のいずれかを用いて二次電池112の残容量を測定し、測定結果をモード判定部113Dに出力する。モード判定部113Dは、外部から与えられる状態情報や内部で保存する状態情報に基づいて動作モードを決定し、決定された動作モードを示すモード信号を電力供給部113Bに与える。モード判定部113Dによる判定動作の詳細は後述する。
【0029】
<電源部101の動作例1>
以下では、電源部101の動作例1を説明する。図3は、動作例1として受電側電源IC113が実行する動作手順を説明するフローチャートである。電源制御手段として機能する受電側電源IC113は、まず、二次電池112が満充電状態か否かを判定する(ステップ101)。
【0030】
具体的には、受電側電源IC113は、測定された残容量の大きさが予め定めた第1の閾値以上の場合、受電側電源IC113は満充電状態であると判定する。ステップ101で肯定結果が得られた場合、すなわち残容量の大きさが第1の閾値以上の場合、受電側電源IC113はステップ103に移行する。第1の閾値の値は、二次電池112の電池容量に応じて定める。
(【0031】以降は省略されています)

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