JP6161393B2

JP6161393B2 - 送電装置、送電方法及びプログラム

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Publication number: JP6161393B2
Application number: JP2013102424A
Authority: JP
Inventors: 武弘伊藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2013-05-14
Publication date: 2017-07-12
Anticipated expiration: 2033-05-14
Also published as: US20140344591A1; CN104158302B; JP2014222996A; US9653925B2; CN104158302A

Description

本発明は、送電装置、送電方法及びプログラムに関する。

従来、非接触（無線）で電力の供給を行う技術が知られている。非接触による電力供給の方式としては、以下に示す４つの方式がある。すなわち、電磁誘導方式、磁界共鳴方式、電界結合方式及び電波受信方式である。このうち、磁界共鳴方式は、送電できる十分な電力と長い送電距離が特徴として挙げられ、そのため磁界共鳴方式は、４つの方式の中で特に注目されている。磁界共鳴方式においては、この送電距離を活かして、送電装置が複数の受信装置へ無線により送電を行う１対Ｎの給電方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の技術では、送電装置は、送電を行っていないスタンバイモード時に一定のパルス信号を発信して数メートル以内に受電装置が近接しているか探索する。そして、受信装置が自身の固有ＩＤを送電装置へ送ると、送電装置は、固有ＩＤの送信元が給電対象の受電装置であるか否かを判別する。給電対象の受電装置である場合、送電装置は、受電装置へ電力を供給する。このとき、送電装置は、充電量や機器の状態などを個別に受信するために、受電装置へ固有のコードを送ることができる。

特開２００９−１３６１３２号公報

送電装置は、送電対象の受電装置が受電可能な伝送周波数により送電を行う。しかしながら、このとき、伝送周波数と一致する周波数で受電可能な装置であれば、送電装置が想定している受電装置以外の装置であっても、受電することが可能である。このため、第三者が電力を盗むことができるという問題があった。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたもので、送電対象として想定されていない装置に、電力が供給されるのを防ぐことを目的とする。

そこで、本発明は、送電対象の複数の受電装置それぞれから受電装置を識別する識別情報と、伝送周波数とを受信する受信手段と、前記複数の受電装置への送電を開始する前に、前記識別情報に基づいて前記複数の受電装置それぞれが予め登録された登録装置か否かを判定する装置判定手段と、前記送電対象に前記登録装置と前記登録装置以外の非登録装置が含まれており、前記登録装置へ送電するための第１伝送周波数が前記非登録装置へ送電するための伝送周波数と等しい場合に、前記第１伝送周波数による送電を行わずに前記第１伝送周波数を第２伝送周波数に変更する変更手段と、前記第２伝送周波数で、前記登録装置に送電する送電手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、送電対象として想定されていない装置に、電力が供給されるのを防ぐことができる。

無線給電システムを示す図である。送電装置を示す図である。送電装置を示す図である。受電装置を示す図である。受電装置を示す図である。スーパーフレームの一例を示す図である。フレームフォーマットの一例を示す図である。データ送受信処理を示すシーケンス図である。フレームの一例を示す図である。認証処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

図１は、無線給電システムを示す図である。無線給電システムは、送電装置１０と、複数の受電装置２０とを備えている。なお、図１においては、送電装置１０を１つのみ示しているが、無線給電システムは、複数の送電装置１０を備えているものとする。送電装置１０は、無線により受電装置２０に電力を供給する。また、送電装置１０は、受電装置２０との間で給電のために必要なデータ通信を行う。受電装置２０は、無線により送電装置１０から電力の供給を受ける。また、受電装置２０は、送電装置１０との間で給電のために必要なデータ通信を行う。
図１に示す給電エリア３０は、送電装置１０から受電装置２０へ給電が実行可能なエリアである。通信エリア４０は、送電装置１０と受電装置２０の間においてデータ通信が実行可能なエリアである。

給電エリア３０と通信エリア４０の関係について説明する。給電エリア３０は、通信エリア４０に比べて広いエリアである。具体的には、給電エリア３０は、通信エリア４０に包含されている。図１に示すように、給電エリア３０の中に複数の受電装置２０が存在する場合、送電装置１０はこれら複数の受電装置２０に対して並行して無線給電を実行することが可能である。
なお、給電エリア３０の破線円領域及び通信エリア４０の実線円領域は、図１においては、便宜上平面的に図示しているが、実際は立体的（３次元的）である。

図２及び図３は、送電装置の構成を示す図である。なお、図２及び図３において、データのやり取りを示す線は実線で示し、電力の供給を示す線は点線で示している。図２に示すように、送電装置１０は、制御部１１０、複数の無線送信部１２０、複数の無線受信部１３０、ＡＣ電源１４０、及び電源供給部１５０を含む。
制御部１１０は、送電装置１０全体を制御する。無線送信部１２０は、ＡＣ電源１４０から交流電源の供給を受け、電力を受電装置２０へ無線で送信する。また、各無線送信部１２０には、電力を伝送するための、互いに異なる伝送周波数が設定されている。無線受信部１３０は、受電装置２０からデータを受信する。また、各無線受信部１３０には、電力を受信するための、互いに異なる伝送周波数が設定されている。このように、送電装置１０は、複数の無線送信部１２０を備えるので、複数の受電装置２０に対し、同時に送電を行うことができる。

図３に示すように、制御部１１０は、ＣＰＵ１１１、ＲＯＭ１１２、ＲＡＭ１１３、ＨＤＤ１１４及びＵＩ１１５を含む。制御部１１０は、無線送信部１２０及び無線受信部１３０と内部バスで接続されている。
ＣＰＵ１１１は、様々なデータを処理し、送電装置１０を制御する。ＲＯＭ１１２は、不揮発性の記憶媒体であり、ＣＰＵ１１１が使用するブートプログラム等を記憶する。ＲＡＭ１１３は、揮発性の記憶媒体であり、ＣＰＵ１１１が使用するデータやプログラム等を一時的に記憶する。ＨＤＤ１１４は、不揮発性の記憶媒体であり、ＣＰＵ１１１が使用するＯＳやアプリケーション等を記憶する。ＵＩ１１５は、ユーザに様々な情報を表示し、ユーザから様々な指示を受け付ける。

各無線送信部１２０は、通信回路１２１、送電回路１２２、ダイプレクサー１２３及び送電コイル１２４を含む。通信回路１２１は、通信を行うための変調信号を生成する。送電回路１２２は、電力を送信するための変調信号を生成する。
ダイプレクサー１２３は、通信回路１２１が生成した変調信号と送電回路１２２が生成した変調信号を合成する。送電コイル１２４は、ダイプレクサー１２３が合成した変調信号を受電装置２０へ送信する。
各無線受信部１３０は、受電コイル１３１、受信回路１３２及び復調回路１３３を含む。受電コイル１３１は、通信を行うための変調信号を受電装置２０から受信する。受信回路１３２は、受電コイル１３１が受信した変調信号を受信する。復調回路１３３は、受信回路１３２が受信した変調信号を復調する。

ＡＣ電源１４０は、交流電圧を送電コイル１２４と電源供給部１５０に供給する。電源供給部１５０は、ＡＣ電源１４０が供給する交流電圧を直流電圧へ変換し、直流電圧を制御部１１０、無線送信部１２０及び無線受信部１３０に供給する。
なお、後述する送電装置１０の機能や処理は、ＣＰＵ１１１がＲＯＭ１１２又はＨＤＤ１１４に格納されているプログラムを読み出し、このプログラムを実行することにより実現されるものである。

図４及び図５は、受電装置２０を示す図である。図４及び図５において、データのやり取りを示す線は実線で示し、電力の供給を示す線は点線で示している。図４に示すように、受電装置２０は、制御部２１０、複数の無線送信部２２０、複数の無線受信部２３０及びバッテリー２４０を含む。
制御部２１０は、受電装置２０を制御する。無線送信部２２０は、送電装置１０へデータを送信する。また、各無線送信部２２０には、電力を伝送するための、互いに異なる伝送周波数が設定されている。無線受信部２３０は、送電装置１０から無線で電力を受信する。また、各無線受信部２３０には、電力を受信するための、互いに異なる伝送周波数が設定されている。
バッテリー２４０は、電力を蓄積する。バッテリー２４０は、また、蓄積した電力を基に、直流電圧を制御部２１０、無線送信部２２０及び無線受信部２３０に供給する。

図５に示すように、制御部２１０は、ＣＰＵ２１１、ＲＯＭ２１２、ＲＡＭ２１３、ＨＤＤ２１４及びＵＩ２１５を含む。制御部２１０は、無線送信部２２０及び無線受信部２３０と内部バスで接続される。
ＣＰＵ２１１は、様々なデータを処理して、受電装置２０を制御する。ＲＯＭ２１２は、不揮発性の記憶媒体であり、ＣＰＵ２１１が使用するブートプログラム等を記憶する。ＲＡＭ２１３は、揮発性の記憶媒体であり、ＣＰＵ２１１が使用するデータやプログラム等を一時的に記憶する。ＨＤＤ２１４は、不揮発性の記憶媒体であり、ＣＰＵ２１１が使用するＯＳやアプリケーション等を記憶する。ＵＩ２１５は、ユーザに様々な情報を表示し、ユーザから様々な指示を受け付ける。

各無線送信部２２０は、通信回路２２１及び送電コイル２２２を含む。通信回路２２１は、通信を行うための変調信号を生成する。送電コイル２２２は、通信回路２２１が生成した変調信号を送電装置１０へ送信する。
各無線受信部２３０は、受電コイル２３１、ダイプレクサー２３２、受信回路２３３、復調回路２３４、整流回路２３５及び電圧安定化回路２３６を含む。受電コイル２３１は、送電装置１０から変調信号を受信する。ダイプレクサー２３２は、受電コイル２３１が受信した変調信号を、通信を行うための変調信号と電力を送信するための変調信号に分ける。受信回路２３３は、ダイプレクサー２３２が分けた通信を行うための変調信号を受信する。

復調回路２３４は、受信回路２３３の変調信号を復調する。整流回路２３５は、ダイプレクサー２３２が分けた電力を送信するための変調信号を整流して直流電圧を生成する。電圧安定化回路２３６は、整流回路２３５が生成した直流電圧を安定化する。バッテリー２４０は、電圧安定化回路２３６が安定化した電圧を受けて、電力を蓄積する。
なお、後述する受電装置２０の機能や処理は、ＣＰＵ２１１がＲＯＭ２１２又はＨＤＤ２１４に格納されているプログラムを読み出し、このプログラムを実行することにより実現されるものである。

図６は、スーパーフレームの一例を示す図である。本実施形態にかかる無線給電システムは、このようなスーパーフレームを繰り返すことにより、無線給電処理を行う。１つのスーパーフレームは、Ｓ１０１（関連付け期間）、Ｓ１０２（電力伝送準備期間）、及びＳ１０３（電力伝送期間）を有している。なお、それぞれの期間は可変である。
Ｓ１０１において、送電装置１０は、受電装置２０に対し、デバイスＩＤと電力の必要性の確認を行う。ここで、デバイスＩＤは、受電装置２０の識別情報である。送電装置１０が受電装置２０からデバイスＩＤと電力を必要とする旨とを受信すると、Ｓ１０２へ移行する。なお、Ｓ１０１からＳ１０２へ移行する期間も可変である。

Ｓ１０２において、受電装置２０は、送電装置１０のデータリクエストによるフレームのレスポンスやアクノリッジを送信することができる。なお、それぞれのレスポンスフレームの長さやアクノリッジフレームの長さは可変である。Ｓ１０２が終了すると、Ｓ１０３へ移行する。なお、Ｓ１０２からＳ１０３へ移行する期間も可変である。
Ｓ１０３において、送電装置１０は、受電装置２０へ電力を伝送する。Ｓ１０３において、受電装置２０は、送電装置１０からのリクエストフレームがなくても、フレームを送電装置１０へ送信することができる。

図７は、フレームフォーマットの一例を示す図である。前述したスーパーフレームにおいては、図７に示すようなフレームフォーマットのパケットを用いたデータ通信が実現される。このデータ通信により、無線給電を開始するために必要なデータの送受信が行われる。
フレームヘッダー３１０は、データ転送時の宛先等を示すものである。フレームヘッダー３１０は、ＩＤ３１１、フレームコントロール３１２、発信元アドレス３１３、行先アドレス３１４及びシーケンスナンバー３１５を含む。

ＩＤ３１１は、無線給電システムでデータ通信を行うときに使われるＩＤである。フレームコントロール３１２は、受電装置２０のデータ交換のための情報である。フレームコントロール３１２は、電力管理３１２０を含む。電力管理３１２０は、電力の必要性を確認するデータである。発信元アドレス３１３は、データ転送時における発信元のアドレスである。行先アドレス３１４は、データ転送時における行先のアドレスである。シーケンスナンバー３１５は、フレームの番号である。
フレームボディ３２０は、データ転送時のデータ本体の情報である。フレームボディ３２０は、ペイロード３２１及びフレームチェックシーケンス３２２を含む。ペイロード３２１は、データ本体である。ペイロード３２１には、例えば、デバイスＩＤ３２１０や付加情報３２１１が割り当てられる。送電装置１０が給電中である場合、付加情報３２１１には、少なくとも現在使用中の共振周波数情報が含まれる。フレームチェックシーケンス３２２は、ペイロード３２１のエラーチェックを行うデータである。

図８は、スーパーフレームにおける送電装置１０と受電装置２０との間のデータ送受信処理を示すシーケンス図である。Ｓ２０１において、送電装置１０は、受電装置２０に対してデバイスＩＤを要求する情報を送信する。このとき、フレームフォーマットのＩＤ３１１が用いられる。
次に、Ｓ２０２において、送電装置１０は、受電装置２０からデバイスＩＤ３２１０を受信する（受信処理）。このとき、フレームフォーマットのＩＤ３１１を用いる。次に、Ｓ２０３において、送電装置１０は、受電装置２０に電力の必要性を確認する。このとき、フレームフォーマットの電力管理３１２０が用いられる。

次に、Ｓ２０４において、受電装置２０は、受電装置２０に電力の必要があれば、送電装置１０へ電力必要の通知を行う。このとき、フレームフォーマットの電力管理３１２０が用いられる。
また、Ｓ２０４において、受電装置２０は、受電装置２０に電力の必要がなければ、送電装置１０へ電力不要の通知を行う。このとき、フレームフォーマットの電力管理３１２０が用いられる。
そして、送電装置１０は、受電の必要性の応答結果に基づいて、送電対象の受電装置２０を決定する。なお、本実施形態の送電装置１０は、同時に複数の受電装置２０に対して送電することが可能であり、複数の受電装置２０を送電対象として決定する。

次に、Ｓ２０５において、送電装置１０は、電力伝送の準備を行う。具体的には、送電装置１０は、送電対象の受電装置２０に対し、伝送周波数の要求を送信し、送電対象の受電装置２０から、伝送周波数を受信する（受信処理）。図９は、伝送周波数を送信するフレームの一例を示す図である。図９に示すように、伝送周波数は、ペイロード３２１に書き込まれて送信される。
そして、送電装置１０は、デバイスＩＤに基づいて、送電対象の各受電装置２０の認証を行う。なお、認証処理については、図１０を参照しつつ後述する。

そして、Ｓ２０６において、送電装置１０は、送電対象の各受電装置２０に電力伝送を行う（送電処理）。次に、Ｓ２０７において、受電装置２０は、バッテリーがフルになると、送電装置１０へ電力伝送終了通知を送信する。このとき、フレームフォーマットの電力管理３１２０が用いられる。
以上で、１つのスーパーフレームが終了する。このように、スーパーフレーム内において、データ送受信処理を行うことにより、無線給電のためのデータ通信が実現される。

図１０は、送電装置１０による認証処理を示すフローチャートである。認証処理は、送電対象の受電装置２０が決定された後に、電力伝送準備期間において実行される。認証処理において、送電装置１０は、送電対象の受電装置２０から受信したデバイスＩＤに基づいて、受電装置２０の認証を行う。
認証処理の前提として、送電装置１０は、デバイスＩＤリストを有している。デバイスＩＤリストは、登録装置のデバイスＩＤを格納する。ここで、登録装置とは、送電装置１０が送電することのできる受電装置２０である。デバイスＩＤリストは、例えばＲＡＭ１１３等の記憶部に予め格納されているものとする。送電装置１０は、デバイスＩＤリストを参照し、登録装置以外の装置への送電を制限する。

Ｓ３０１において、送電装置１０のＣＰＵ１１１は、送電対象の複数の受電装置それぞれが登録装置か否かを判定する（装置判定処理）。具体的には、ＣＰＵ１１１は、送電対象の受電装置２０それぞれから受信した複数のデバイスＩＤそれぞれと、デバイスＩＤリストに登録されているデバイスＩＤとを比較する。
Ｓ３０１において、受信したすべてのデバイスＩＤが、デバイスＩＤリストに含まれている場合、すなわち、送電対象がすべて登録装置である場合には、ＣＰＵ１１１は、処理をＳ３０５へ進める。

Ｓ３０５において、ＣＰＵ１１１は、送電対象の複数の受電装置２０それぞれから受信した伝送周波数を、送電の際の周波数として設定する。以上で認証処理が終了する。
ＣＰＵ１１１は、認証処理が終了すると、電力伝送期間（Ｓ１０３）の処理を開始する。なお、電力伝送期間（Ｓ１０３）において、ＣＰＵ１１１は、複数の受電装置２０それぞれへの送電開始を指示する。
これにより、送電装置１０は、複数の無線送信部１２０から送電対象の受電装置２０に対し、同時に送電を行う。

一方、Ｓ３０１において、受信したデバイスＩＤのうち少なくとも１つのデバイスＩＤが、デバイスＩＤリストに登録されているデバイスＩＤリストに一致しない場合には、ＣＰＵ１１１は、処理をＳ３０２へ進める。なお、受信したデバイスＩＤのうち少なくとも１つのデバイスＩＤが、デバイスＩＤリストに登録されているデバイスＩＤリストに一致しない場合とは、送電対象に登録装置以外の装置、すなわち非登録装置が含まれている場合である。
Ｓ３０２において、ＣＰＵ１１１は、送電対象の受電装置２０の伝送周波数が、非登録装置から受信した伝送周波数と一致するか否かを判定する。Ｓ３０２において、送電対象の受電装置２０の伝送周波数が非登録装置の伝送周波数と一致する場合には、ＣＰＵ１１１は、処理をＳ３０３へ進める。Ｓ３０２において、送電対象の受電装置２０の伝送周波数が非登録装置の伝送周波数と一致しない場合には、ＣＰＵ１１１は、処理をＳ３０５へ進める。Ｓ３０５において、ＣＰＵ１１１は、送電対象の伝送周波数を、送電の際の周波数として設定する。

Ｓ３０３において、ＣＰＵ１１１は、非登録装置の伝送周波数に一致する伝送周波数を他の周波数に変更可能か否かを判定する（変更判定処理）。具体的には、ＣＰＵ１１１は、対象となる受電装置２０に対し、既に受信した伝送周波数以外の周波数での送電の可否を受電装置２０に問い合わせる。そして、伝送周波数として、非登録装置の伝送周波数と異なる周波数を受信した場合に、ＣＰＵ１１１は、他の周波数に変更可能と判定する。
Ｓ３０３において、変更可能と判定した場合、ＣＰＵ１１１は、処理をＳ３０４へ進める。Ｓ３０４において、ＣＰＵ１１１は、対象となる受電装置２０の伝送周波数を、非登録装置の伝送周波数と異なる周波数に変更する（変更処理）。そして、ＣＰＵ１１１は、処理をＳ３０５へ進める。Ｓ３０５において、ＣＰＵ１１１は、変更後の周波数を、送電の際の周波数として設定する。
一方、Ｓ３０３において、変更不可と判定した場合、ＣＰＵ１１１は、処理をＳ３０６へ進める。Ｓ３０６において、ＣＰＵ１１１は、送電を中止し（中止処理）、認証処理が終了する。なお、この場合には、電力伝送期間の処理は行われずに、実行中のスーパーフレームが終了する。

以上のように、本実施形態にかかる無線給電システムにおいては、送電対象に非登録装置が含まれる場合には、非登録装置の伝送周波数以外の周波数で電力を供給する。さらに、送電装置１０は、非登録装置の伝送周波数以外の周波数で送電が行えない場合には、送電を中止する。これにより、送電装置１０は、送電対象として想定されていない装置に、電力が供給されるのを防ぐことができる。

＜その他の実施形態＞
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給する。そして、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

以上、上述した各実施形態によれば、送電対象として想定されていない装置に、電力が供給されるのを防ぐことができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０給電装置、２０受電装置、１１０制御部、１１１ＣＰＵ、１１２ＲＯＭ、１１３ＲＡＭ、１１４ＨＤＤ、１２０無線送電部、１３０無線受信部、１４０ＡＣ電源、１５０電源供給部、２１０制御部、２１１ＣＰＵ、２１２ＲＯＭ、２１３ＲＡＭ、２１４ＨＤＤ、２２０無線通信部、２３０無線受電部、２４０バッテリー

Claims

送電対象の複数の受電装置それぞれから受電装置を識別する識別情報と、伝送周波数とを受信する受信手段と、
前記複数の受電装置への送電を開始する前に、前記識別情報に基づいて前記複数の受電装置それぞれが予め登録された登録装置か否かを判定する装置判定手段と、
前記送電対象に前記登録装置と前記登録装置以外の非登録装置が含まれており、前記登録装置へ送電するための第１伝送周波数が前記非登録装置へ送電するための伝送周波数と等しい場合に、前記第１伝送周波数による送電を行わずに前記第１伝送周波数を第２伝送周波数に変更する変更手段と、
前記第２伝送周波数で、前記登録装置に送電する送電手段と
を備えることを特徴とする送電装置。
前記変更手段による前記登録装置の前記第１伝送周波数を変更することが可能か否かを判定する変更判定手段をさらに備え、
前記送電手段は、前記登録装置の前記第１伝送周波数を変更することが可能であると前記変更判定手段が判定した場合、前記送電手段は前記変更手段により変更された前記第２伝送周波数で前記登録装置に送電を行い、前記登録装置の前記第１伝送周波数を変更することが可能でないと前記変更判定手段が判定した場合に、送電を中止することを特徴とする請求項１に記載の送電装置。
前記登録装置の識別情報を記憶する記憶手段をさらに備え、
前記装置判定手段は、前記受信手段が受信した前記識別情報が、前記記憶手段に記憶される前記識別情報と等しい場合に、送電対象の前記受電装置が前記登録装置であると判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の送電装置。
送電装置が実行する送電方法であって、
送電対象の複数の受電装置それぞれから受電装置を識別する識別情報と、伝送周波数とを受信する受信ステップと、
前記複数の受電装置への送電を開始する前に、前記識別情報に基づいて前記複数の受電装置それぞれが予め登録された登録装置か否かを判定する判定ステップと、
前記送電対象に前記登録装置と前記登録装置以外の非登録装置が含まれており、前記登録装置へ送電するための第１伝送周波数が前記非登録装置へ送電するための伝送周波数と等しい場合に、前記第１伝送周波数による送電を行わずに前記第１伝送周波数を第２伝送周波数に変更する変更ステップと、
前記第２伝送周波数で、前記登録装置に送電する送電ステップと
を含むことを特徴とする送電方法。
コンピュータを、
送電対象の複数の受電装置それぞれから受電装置を識別する識別情報と、伝送周波数とを受信する受信手段と、
前記複数の受電装置への送電を開始する前に、前記識別情報に基づいて前記複数の受電装置それぞれが予め登録された登録装置か否かを判定する装置判定手段と、
前記送電対象に前記登録装置と前記登録装置以外の非登録装置が含まれており、前記登録装置へ送電するための第１伝送周波数が前記非登録装置へ送電するための伝送周波数と等しい場合に、前記第１伝送周波数による送電を行わずに前記第１伝送周波数を第２伝送周波数に変更する変更手段と
して機能させるためのプログラム。