WO2022130778A1 - 送電装置、受電装置、それらの制御方法、およびプログラム - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a wireless power transmission technique.
- Patent Document 1 discloses a power transmission device and a power receiving device compliant with a standard (WPC standard) established by a wireless power transmission standard standardization organization Wireless Power Consortium (WPC). Further, Patent Document 2 describes a method in which a control signal for power transmission / reception is transmitted / received in a wireless power transmission system using a frequency / coil or antenna different from the frequency / coil or antenna used for power transmission / reception. There is. Communication using a frequency / coil or antenna used for power transmission / reception is called in-band communication, and communication using a frequency / coil or antenna different from the frequency / coil or antenna used for power transmission / reception is called out-band communication.
- WPC standard wireless power transmission standard standardization organization Wireless Power Consortium
- the WPC standard power transmission / reception and control communication for that purpose are performed by magnetic induction. Further, the power transmission device and the power receiving device conforming to the WPC standard perform control communication using the same frequency as that used for power transmission / reception. That is, the control communication is in-band communication. Generally, the communication range that can be communicated without error in in-band communication is narrower than the communication range of out-band communication. Conventionally, appropriate communication control in a power transmission device and a power receiving device capable of performing both in-band communication and out-band communication has not been studied.
- the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an appropriate communication control technique for a power transmission device and a power receiving device capable of performing both in-band communication and out-band communication.
- the power transmission device of the present invention has the following configuration. That is, it is a power transmission device that wirelessly transmits power to a power receiving device, and has a control means for controlling power transmission, a first communication means for superimposing a signal on the power to be transmitted, and a frequency different from the frequency used for power transmission.
- the second communication means and the power receiving device are connected based on the information transmitted and received between the first communication means and the power receiving device.
- the second communication means performs communication for connecting the second communication means and the power receiving device.
- communication control can be appropriately performed in a power transmission device and a power receiving device capable of performing both in-band communication and out-band communication.
- FIG. 1 shows a configuration example of a wireless power transmission system.
- FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a power transmission device.
- FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of the power receiving device.
- FIG. 4 is a sequence diagram of a power transmitting device and a power receiving device.
- FIG. 5A is a diagram for explaining operation timings of the power transmission device and the power reception device.
- FIG. 5B is a diagram for explaining operation timings of the power transmission device and the power reception device.
- FIG. 5C is a diagram for explaining operation timings in the power transmission device and the power reception device.
- FIG. 5D is a diagram for explaining operation timings in the power transmission device and the power reception device.
- FIG. 5E is a diagram for explaining operation timings of the power transmission device and the power reception device.
- FIG. 5F is a diagram for explaining operation timings of the power transmission device and the power reception device.
- FIG. 6A is a flowchart showing an example of the processing flow of the power transmission device.
- FIG. 6B is a flowchart showing another example of the processing flow of the power transmission device.
- FIG. 1 shows a configuration example of a wireless power transmission system according to the present embodiment.
- the wireless power transmission system includes a power transmission device 100 and a power receiving device 101.
- the power transmission device 100 and the power reception device 101 each have a communication function by BLE (Bluetooth (registered trademark) Low Energy).
- BLE Bluetooth (registered trademark) Low Energy
- the communication unit (unit composed of a communication circuit or the like) of BLE may be referred to as "BLE”.
- the power transmission device 100 functions as the BLE Central
- the power receiving device 101 functions as the BLE Peripheral.
- "Central” indicates that it is a control station of BLE
- "Peripheral” indicates that it is a terminal station of BLE.
- the BLE Central communicates with the BLE Peripheral and does not communicate with other Centrals. Further, the BLE Peripheral communicates with the BLE Peripheral, but does not communicate with other Peripherals. That is, in BLE, communication between Centrals or Peripherals is not performed.
- the Central can be connected to a plurality of Peripherals (BLE's CONNECT state), and data can be transmitted and received between the plurality of Peripherals.
- the power transmitting device 100 and the power receiving device 101 are built in other devices (cameras, smartphones, tablet PCs, laptops, automobiles, robots, medical devices, printers) and configured to supply power to those devices. good.
- FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the power transmission device 100.
- the power transmission device 100 includes, for example, a control unit 201, a power supply unit 202, a power transmission unit 203, a first communication unit 204, a power transmission coil 205, a second communication unit 206, and a memory 207.
- the control unit 201 controls the entire power transmission device.
- the control unit 201 may be configured to include one or more processors such as a CPU (Central Processing Unit) and an MPU (Micro Processing Unit).
- the control unit 201 may include an integrated circuit (ASIC) for a specific application, a field programmable gate array (FPGA), or the like, which is configured to execute a process described later.
- ASIC integrated circuit
- FPGA field programmable gate array
- the power supply unit 202 is a power source that supplies electric power at least when the control unit 201 and the power transmission unit 203 operate.
- the power supply unit 202 may be, for example, a wired power receiving circuit or a battery that receives power from a commercial power source.
- the power transmission unit 203 generates an AC voltage and an AC current in the power transmission coil 205 in order to transmit power to the power receiving device 101 via the power transmission coil 205 under the control of the control unit 201.
- the power transmission unit 203 converts the DC voltage supplied by the power supply unit 202 into an AC voltage by using a switching circuit having a half-bridge or full-bridge configuration using a FET (Field Effect Transistor).
- the power transmission unit 203 includes a gate driver that controls ON / OFF of the FET.
- the first communication unit 204 performs control communication of wireless power transmission based on the WPC standard with the communication unit (first communication unit 303 shown in FIG. 3) of the power receiving device 101.
- the communication executed by the first communication unit 204 modulates the AC voltage or current generated by the power transmission unit 203, and superimposes the communication target data (signal) on the wireless power (power to be transmitted). Band communication.
- the second communication unit 206 performs control communication of wireless power transmission based on the WPC standard with the communication unit (second communication unit 304 shown in FIG. 3) of the power receiving device 101.
- the second communication unit 206 uses a frequency different from the frequency used for communication (frequency used for power transmission) by the power transmission unit 203, and uses an antenna (not shown) different from the power transmission coil 205 to perform so-called out-band communication.
- Out-band communication has a higher transmission speed (communication speed) than in-band communication. By using out-of-band communication for control communication, it is possible to speed up the control of the wireless power transmission system.
- the second communication unit 206 corresponds to BLE.
- the BLE standard defines the identification information (Bluetooth device identification information: BD_ADDR) of the manufacturer of the product on which BLE is mounted and the communication unit of BLE (second communication units 304, 206 in this embodiment).
- the identification information is represented by Public Address and Random Address determined by a random number. Random Address includes Static Device Address, Resolvable Private Address, and Non-resolvable Private Address.
- the Static Device Address is an address generated by using a random number generated each time the power is turned on to the second communication units 304 and 206 (BLE communication unit).
- Non-resolvable Private Address is a random number address generated at regular intervals.
- Resolvable Private Address is an address generated based on the encryption key exchanged between Central and Peripheral.
- Static Device Address of the Random Address is used as the identification information of the second communication unit 206.
- this is not limited to Static Device Address, and may be Public Address, Resolvable Private Address, Non-resolvable Private Address.
- the second communication unit 206 corresponds to BLE, but instead, a communication unit corresponding to other wireless communication methods such as NFC (Near Field Communication) and WiFi is used. You may.
- the communication range by the first communication unit 204 may be narrower than the communication range by the second communication unit 206.
- the memory 207 stores each element of the power transmission device and the wireless power transmission system and the overall state.
- control unit 201 the power supply unit 202, the power transmission unit 203, the first communication unit 204, the memory 207, and the second communication unit 206 are described as separate blocks, but two or more of them are described. Blocks may be grouped together by one chip or the like. Further, one block may be divided into a plurality of blocks.
- FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of the power receiving device 101.
- the power receiving device 101 includes, for example, a control unit 301, a power receiving unit 302, a first communication unit 303, a second communication unit 304, a power receiving coil 305, a charging unit 306, a battery 307, and a memory 308.
- the control unit 301 controls the entire power receiving device 101.
- the control unit 301 may be configured to include one or more processors such as a CPU and an MPU.
- the control unit 201 may include an integrated circuit (ASIC) for a specific application, a field programmable gate array (FPGA), or the like, which is configured to execute a process described later.
- ASIC integrated circuit
- FPGA field programmable gate array
- the power receiving unit 302 acquires the AC voltage and AC current generated in the power receiving coil 305 by power transmission from the power transmission coil 205, and the DC voltage and DC current for operating the control unit 301, the charging unit 306, and the like with the received power. Convert to.
- the first communication unit 303 performs control communication for wireless power transmission based on the WPC standard with the first communication unit 204 of the power transmission device 100. This control communication is performed by in-band communication that load-modulates the electromagnetic wave received by the power receiving coil 305.
- the second communication unit 304 performs control communication of wireless power transmission based on the WPC standard with the second communication unit 206 of the power transmission device 100.
- the second communication unit 304 uses a frequency different from the frequency of the electromagnetic wave received by the power receiving unit 302, and performs out-band communication using an antenna (not shown) different from the power receiving coil 305.
- the second communication unit 304 corresponds to BLE, and the Static Device Address of the Random Address is used as the identification information.
- Static Device Address may be Public Address, Resolvable Private Address, Non-resolvable Private Address.
- the second communication unit 304 is supposed to correspond to BLE, but instead of this, a communication unit corresponding to other wireless communication methods such as NFC and WiFi may be used. Further, although the second communication unit 304 operates by receiving the power supply directly from the power receiving unit 302, the second communication unit 304 may receive the power supply from the battery 307. The communication range by the first communication unit 303 may be narrower than the communication range by the second communication unit 304.
- the charging unit 306 charges the battery 307 by using the DC voltage and the DC current supplied from the power receiving unit 302.
- the memory 308 stores the state of each element and the whole of the power receiving device 101 and the wireless power transmission system.
- control unit 301 the power receiving unit 302, the first communication unit 303, the second communication unit 304, the charging unit 306, and the memory 308 are described as separate blocks, but two or more of them are described. Blocks may be put together by one chip or the like. Further, one block may be divided into a plurality of blocks.
- FIG. 4 is a sequence diagram of a power transmitting device and a power receiving device.
- the basic operation of the power transmission device 100 and the power reception device 101 will be described with reference to a part of FIG. It is assumed that the power transmission device 100 and the power reception device 101 of the present embodiment comply with the WPC standard v1.2.3 and also support out-of-band communication by BLE.
- the data / request transmitted using the General Request specified in the WPC standard is expressed as GRQ ().
- SRQ () the data / request transmitted by using the Specific Request defined in the standard.
- the power transmission device 100 transmits an analog ping (hereinafter referred to as A-Ping) in order to detect an object existing in the vicinity of the power transmission coil 205 (F400).
- A-Ping is a pulsed electric power, which is an electric power for detecting an object. Further, even if the power receiving device 101 receives the A-Ping, the power is so small that the control unit 301 of the power receiving device 101 cannot be activated.
- the power transmission device 100 detects an object by shifting the resonance frequency of the voltage value inside the power transmission coil 205 due to an object existing in the vicinity of the power transmission coil 205, or by changing the voltage value / current value flowing through the power transmission coil 205.
- the power transmission device 100 When the power transmission device 100 detects an object by A-Ping, it measures the Q value of the power transmission coil 205 (F401). A well-known method may be used for the Q value measurement, and detailed description thereof will be omitted.
- the power transmission device 100 starts power transmission of the Digital Ping (hereinafter referred to as D-Ping) (F402).
- D-Ping is a power for activating the control unit 301, the second communication unit 304, and the like of the power receiving device 101, and is larger than the A-Ping. Further, the D-Ping (F402) is continuously transmitted thereafter.
- the power transmission device 100 transmits power equal to or higher than that of the D-Ping from the start of the transmission of the D-Ping until the EPT (End Power Transfer) data (signal) requesting the stop of the power transmission is received from the power receiving device 101. Continue to do.
- the power receiving device 101 When the power receiving device 101 receives power from the D-Ping and starts up, it transmits Signal Strength, which is data storing the voltage value of the received D-Ping, to the power transmission device 100 (F403). Subsequently, the power receiving device 101 transmits data storing an ID including version information and device identification information of the WPC standard to which the power receiving device 101 complies (F404). Further, the power receiving device 101 transmits the Configuration data including information including the maximum value of the power supplied by the power receiving unit 302 to the load (or the charging unit 306) to the power transmission device 100 (F405).
- Signal Strength which is data storing the voltage value of the received D-Ping
- the power transmission device 100 responds with an ACK (F406) when it determines that the power receiving device 101 supports the extended protocol of WPC standard v1.2 or later by receiving the ID and the Configuration data.
- the extended protocol is a protocol including a negotiation phase described later.
- the power receiving device 101 Upon receiving the ACK, the power receiving device 101 transitions to the Negotiation phase in which the power to be transmitted and received is negotiated. First, the power receiving device 101 transmits FOD (Foreign Object Detection (foreign matter detection)) Status data to the power transmission device 100 (F407).
- FOD Form Object Detection (foreign matter detection)
- Status data is expressed as FOD (Q).
- the power transmission device 100 detects foreign matter based on the Q value stored in the received FOD (Q) and the Q value measured by the Q value measurement (F401).
- the power transmission device 100 determines that there is a high possibility that there is no foreign matter, and in this case, an ACK indicating that it is determined that there is a high possibility that there is no foreign matter is transmitted to the power receiving device 101 (F408).
- the power receiving device 101 Upon receiving the ACK, the power receiving device 101 transmits a GRQ (CAP) in order to inquire about the capacity of the power transmission device 100 (F409).
- CAP GRQ
- the power transmission device 100 receives the GRQ (CAP)
- it transmits the capacity data (expressed as CAP) storing the capacity information to which it corresponds (F410).
- the power transmission device 100 and the power receiving device 101 negotiate with the Guaranteed Power (GP), which is the maximum value of the power value requested by the power receiving device 101 to receive power.
- the Guaranteed Power is the maximum value of the load power (power consumed by the charging unit 306) of the power receiving device 101 agreed in the negotiation between the power transmitting device 100 and the power receiving device 101.
- the power transmission device 100 In the negotiation, first, the data (expressed as SRQ (GP)) storing the value of the Guaranteed Power requested by the power receiving device 101 is transmitted to the power transmission device 100 (F411). Subsequently, the power transmission device 100 that has received the SRQ (GP) responds to the SRQ (GP) in consideration of its own power transmission capacity and the like. In this example, the power transmission device 100 determines that the Guaranteed Power is acceptable, and transmits an ACK indicating that the request is accepted (F412). In this example, it is assumed that the power receiving device 101 requests 15 watts as a Guaranteed Power in SRQ (GP), and the power transmitting device 100 accepts this.
- SRQ Guaranteed Power
- the power receiving device 101 notifies the power transmission device 100 of BD_ADDR (expressed as GRQ (PRX_BD_ADDR)) of the second communication unit 304 (F413).
- the power transmission device 100 that has received the GRQ (PRX_BD_ADDR) responds with ACK (F414).
- the power receiving device 101 transmits a request (expressed as GRQ (PTX_BD_ADDR_ADDR) (F415)) for the notification of BD_ADDR of the second communication unit 206 of the power transmission device 100 (F415).
- the power transmission device 100 When the power transmission device 100 receives the GRQ (PTX_BD_ADDR_ADDR), it notifies the power reception device 101 of the BD_ADDR (expressed as PTX_BD_ADDR) of the second communication unit 206 (F416).
- the power receiving device 101 transmits a request (expressed as SRQ (CONNCT)) for connecting out-of-band communication as control communication (F417).
- SRQ SRQ
- CONNCT SRQ
- ACK is transmitted to the received SRQ (CONNET) (F418).
- the power receiving device 101 Upon receiving the ACK, the power receiving device 101 transmits a request (expressed as SRQ (EN)) for the end of the negotiation phase (F419).
- the power transmission device 100 that has received the SRQ (EN) determines whether or not the negotiation phase may be terminated. In this example, the power transmission device 100 determines to terminate and transmits an ACK (F420).
- ADV is a signal defined by the BLE standard.
- the ADV is a signal that is broadcast by a device in the Advanceder state as defined in the BLE standard, and informs the BD_ADDR of the device and the corresponding service information.
- the second communication unit 206 When the power transmission device 100 transmits ACK (F420), the second communication unit 206 is activated as a Scanner and waits for ADV.
- ADV including BD_ADDR received in F413 by in-band communication is received from the power receiving device 101 before the predetermined time that the second communication unit 206 of the power transmission device 100 operates as a Scanner elapses.
- the power transmission device 100 operates the second communication unit 206 as an indicator defined by the BLE standard.
- the second communication unit 206 which operates as an indicator, transmits BLE connection request message Connect_indication (hereinafter referred to as CONNECT) to the received BD_ADDR (F422).
- CONNECT BLE connection request message Connect_indication
- the power transmission device 100 and the power reception device 101 perform calibration processing in order to create a standard for carrying out foreign matter detection based on the power loss method.
- the power receiving device 101 stores the received power value R1 when the power receiving device 101 receives the D-Ping in a state where the power received is not supplied to the load without connecting the load to the power receiving unit 302. mode1) (expressed as PR1) is transmitted to the power transmission device 100 (F423).
- the power transmission device 100 When the power transmission device 100 receives the RP1, it transmits an ACK to the power reception device 101 (F424). At this time, the power transmission device 100 measures its own power transmission power value T1 and calculates the difference ⁇ 1 between T1 and R1, which is a power loss.
- the power receiving device 101 that has received the ACK is in a state where the power receiving unit 302 and the load are connected and the received power is supplied to the load.
- the request is implemented by transmitting Control Error (hereinafter referred to as CE) to the power transmission device 100.
- CE Control Error
- Code and numerical information is stored in CE. If the sign of the numerical value stored in CE is positive, it means that the received voltage is increased, if it is negative, it means that the received voltage is decreased, and if the numerical value is zero, it is required to maintain the received voltage. ..
- the power receiving device 101 transmits CE (+) indicating that the receiving voltage is increased to the power transmission device 100 (F425).
- the power transmission device 100 When the power transmission device 100 receives CE (+), it changes the set value of the power transmission circuit and raises the power transmission voltage.
- the power receiving device 101 supplies the received power to the charging unit 306, which is a load, and transmits RP2 (Received Power Packet (mode 2)) to the power transmitting device 100 ( F426).
- the RP2 stores the received power value R2 in a state where the power receiving device 101 supplies the output of the power receiving unit 302 to the load (charging unit 306).
- the power transmission device 100 When the power transmission device 100 receives the RP2, it transmits an ACK to the power reception device (F427). At this time, the power transmission device 100 measures its own power transmission power value T2 and calculates the difference ⁇ 2 between T2 and R2, which is a power loss. Subsequently, in the power transmission device 100, the power loss ⁇ 1 (power loss when the power receiving unit 302 is not connected to the load and the power consumption of the load is 0) and the power loss ⁇ 2 (power loss when the power receiving unit 302 and the load are connected to each other) and the power consumption of the load are increased. Foreign matter is detected based on the power loss based on the power loss when it is not 0).
- the power transmission device 100 predicts the power loss in a state where there is no foreign matter in any received power value from ⁇ 1 and ⁇ 2, and is based on the actually received power received power value (RP0 described later) and the power transmission power value at that time. It is possible to detect foreign matter.
- the above is the calibration process.
- the calibration process ends when the power transmission device 100 transmits an ACK to the RP2. Further, when the power receiving device 101 receives an ACK for the transmitted RP1, the power transmitting device 100 and the power receiving device 101 have transitioned to the Power Transfer phase, and the power receiving device 100 has negotiated with the power receiving device in the Negotiation phase. It is transmitting power that can receive up to 15 watts.
- the power receiving device 101 periodically transmits RP0 (Received Power Packet (mode 0)) storing the CE and the current received power value to the power transmission device 100 (F428).
- RP0 Received Power Packet (mode 0)
- the power receiving device 101 that has received RP0 responds with ACK.
- the above is the basic operation explanation of the power transmission device 100 and the power reception device 101. Even if the power transmission device 100 receives the ADV from the source of the BD_ADDR other than the BD_ADDR received by the in-band communication in the F413 by the F421, the power transmission device 100 does not transmit the CONNECT to the source of the ADV. By doing so, the power transmission device 100 can make a BLE connection only with the power reception device 101.
- the power receiving device 101 when the power receiving device 101 receives CONNECT from a source of BD_ADDR other than BD_ADDR received by in-band communication in F416, LL_TERMINATE_IND (hereinafter referred to as TEM) indicating that the BLE connection is disconnected is referred to as CONNECT. Send to the sender. By doing so, the power receiving device 101 can receive only the connection request from the power transmission device 100.
- CONNECT LL_TERMINATE_IND
- FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining the operation timings of the conventional power transmission device and the power receiving device.
- the power transmission device 100 and the power receiving device 101 will be described. It is assumed that the power transmission device 100 and the power reception device 101 have completed the procedures of F400 to F420 shown in FIG.
- the first communication unit 204 of the power transmission device 100 transmits / receives information including information for the second communication unit 206 to communicate with the power reception device 101, and the second communication unit 206 sends / receives information from the power reception device 101 to ADV. It is assumed that (F421) is in a state where it can receive power.
- the second communication unit 304 of the power receiving device 101 broadcasts ADV 507 at the time T1 in the ADVERTISING state 500 operating as an adapter (F421).
- the second communication unit 206 of the power transmission device 100 can receive ADV 507 in the SCANNNING state 502 that operates as a Scanner.
- the second communication unit 206 of the power transmission device 100 transitions to the INITIATING state 503 that performs the BLE connection process, and transmits the CONNECT 508 to the power receiving device 101 (F422).
- the second communication unit 206 of the power transmission device 100 transmits the CONNECT 502 to the power receiving device 101
- the second communication unit 206 transitions to the CONNECTION state 501.
- the second communication unit 304 of the power receiving device 101 receives the CONNECT 508 from the power transmission device 100
- the second communication unit 304 transitions to the CONNECTION state 501.
- the second communication unit 304 of the power receiving device 101 is defined by the WPC standard. It is assumed that the EPT (Re-ping) 509 is transmitted to the power transmission device 100.
- EPT is an abbreviation for End Power Transfer and is data that requests the stop of power transmission.
- Re-Ping means that power transmission is stopped for a certain period (Re-Ping time), but D-Ping is transmitted again after a predetermined time.
- the power transmission device 100 After receiving the EPT (Re-Ping) 509, the power transmission device 100 determines to stop the power transmission to the power receiving device 101, and stops the power transmission within the time T_termine. Here, it is assumed that the power transmission device 100 stops power transmission at time T3. Since the second communication unit 304 of the power receiving device 101 operates not with the power of the battery 307 but with the power received by the power receiving unit 302, the CONNECTION state 501 is terminated at the time T3 when the power transmission device 100 stops the power transmission. When the second communication unit 206 of the power receiving device 101 ends the CONNECTION state 501, the second communication unit 206 does not transmit any data to the power transmission device 100. Since the second communication unit 304 of the power receiving device 101 is turned on again when the communication is resumed, the BD_ADDR may change.
- the second communication unit 206 of the power transmission device 100 has a timer specified by the BLE standard in order to determine whether or not the BLE connection with the second communication unit 304 of the power receiving device 101 is disconnected (link loss).
- the timer is called a Supervision timer, and the timeout time is expressed as T_sv_to 506 in the present embodiment. According to the BLE standard, the timeout time is 20 seconds by default.
- T_sv_to starts at time T3 and times out at time T7.
- the first communication unit 204 again performs D- at time T4. Ping 510 is transmitted.
- the power receiving device 101 receives power from the D-Ping 510 by the first communication unit 303, and activates the second communication unit 304.
- the second communication unit 304 of the power receiving device 101 broadcasts ADV 507 at time T5 at ADVERTISING state 500 that continues until time T6 (F421).
- the Supervision timer in the power transmission device 100 has not timed out, so that the second communication unit 206 of the power transmission device 100 is the CONNECTION state 501. That is, since the second communication unit 206 of the power transmission device 100 is not the SCANNING state 502, it cannot receive the ADV 507 transmitted at the time T5. Therefore, the second communication unit 304 of the power receiving device 101 cannot become the CONNECTION state 501, and thereafter cannot perform control communication by BLE.
- the second communication unit 206 of the power transmission device 100 is in a state where it can transition to the SCANNNING state 502 to the INITIATING state 503. However, this time, the second communication unit 304 of the power receiving device 101 ends ADVERTISING state 500 at time T6. Therefore, the second communication unit 206 of the power transmission device 100 cannot receive the ADV (F421).
- the power transmission device 100 in this embodiment operates as follows.
- FIG. 6A shows a flowchart showing an example of the processing flow of the power transmission device 100 in the present embodiment. As shown on the left side of FIG. 5B, the flow may be started when the second communication unit 206 of the power transmission device 100 is the CONNECTION state 501 and the second communication unit 206 receives the EPT from the power receiving device.
- the control unit 201 determines whether the reason code included in the EPT is Re-Ping (S601). If the reason code is Re-ping (YES in S601), the process proceeds to S602, and if the reason code is not Re-ping (No in S601), the process ends. In S602, the control unit 201 determines whether the second communication unit 206 is connected to any of the power receiving devices by BLE. When the second communication unit 206 is connected to any of the power receiving devices by BLE (Yes in S602), the second communication unit 206 transmits a TRM to the power receiving device (S603).
- the TRM is LL_TERMINATE_IND indicating that the BLE connection is disconnected, as described above.
- the power transmission device 100 stops power transmission after transmitting the TERM, and the second communication unit 206 is in a state where it can transition to the SCANNNING state 502 to the INITIATING state 503.
- the process ends.
- FIG. 5C is a diagram for explaining the operation timing of the power transmission device 100 and the power receiving device 101 that operate based on the flow of FIG. 6A. Further, the processing after F430 in FIG. 4 is also referred to.
- the second communication unit 206 of the power transmission device 100 and the second communication unit 304 of the power reception device 101 are CONNECTION state 501
- the second communication unit 206 of the power transmission device 100 is EP (Re-Ping) from the power reception device 101 at time T8.
- Receive 509 F430
- TRM 511 is transmitted at time T9 (F431).
- the power transmission device 100 stops power transmission.
- the first communication unit 204 of the power transmission device 100 transmits the D-Ping 510 again (F432).
- the power receiving device 101 receives power from the D-Ping 510 by the first communication unit 303, and activates the second communication unit 206. After the procedure (F433) from F403 to F420 in FIG. 4, the second communication unit 304 of the power receiving device 101 broadcasts ADV 507 at time T11 (F434).
- the second communication unit 206 of the power transmission device 100 Since the second communication unit 206 of the power transmission device 100 transmits the TERM at the time T9, it becomes the SCANNNING state 502 to the INITIATING state 503 after the time T9. That is, after the time T9, the SCANNNING state 502 is set, and the second communication unit 206 of the power transmission device 100 transitions to a state in which ADV as information necessary for connection with the second communication unit 304 of the power reception device 101 can be received. Then, at the time T11, the second communication unit 206 of the power transmission device 100 receives the ADV transmitted from the second communication unit 304 of the power receiving device 101, and then transmits the CONNECT 508 at the time T12 at the INITIATING status 503 (F435). ..
- the power transmission device 100 of the present embodiment can be BLE-connected to the power receiving device again by using the second communication unit 206 when the power transmission is restarted after the power transmission is stopped.
- the second communication unit 206 of the power transmission device 100 receives the EPT (Re-Ping) 509, the TRM 511 is transmitted before the power transmission is stopped. Instead, the second communication unit 206 may transmit the TRM after stopping the power transmission.
- the power transmission device 100 may stop power transmission at time T9, and the second communication unit 206 may transmit power while the first communication unit 204 starts transmitting D-Ping again at time T10.
- the second communication unit 206 may transmit the TRM after the first communication unit 204 starts transmitting the D-Ping again at the time T10 until the ADV is received at the time T11.
- FIG. 6B shows a flowchart showing another example of the processing flow of the power transmission device 100 in the present embodiment. The flow may be started when the second communication unit 206 of the power transmission device 100 is the CONNECTION state 501, as shown on the left side of FIG. 5B.
- the control unit 201 determines whether the second communication unit 206 is connected to any of the power receiving devices by BLE. When the second communication unit 206 is connected to any of the power receiving devices by BLE (Yes in S602), the control unit 201 determines to stop the power transmission to the power receiving device. Then, the second communication unit 206 transmits the TRM to the power receiving device (S613). Referring to FIG.
- the TRM may be transmitted at time T9, but the second communication unit 206 may transmit the TRM at time T12 before transmitting the CONTECT 508 to the BD_ADDR received by the in-band communication. ..
- the process ends.
- BD_ADDR when BD_ADDR changes due to reasons such as the power receiving device turning on the power again, BD_ADDR can be transmitted to the power transmission device by in-band communication, and the power transmission device and the power receiving device can try to connect by BLE again.
- the second communication unit 206 of the power transmission device 100 transmitted the TRM.
- the second communication unit 304 of the power receiving device 101 may transmit the TRM at the same timing as described above. For example, if the control unit 301 of the power receiving device 101 decides to request the power transmission device 100 to stop receiving power for some reason, the second communication unit 304 may transmit the TRM to the power transmission device 100.
- the power transmission device 100 may set a timeout time (T_sv_to) of the Supervision timer for determining whether or not the BLE connection with the power receiving device 101 is disconnected (link loss) according to the Re-Ping time. For example, the power transmission device 100 may set T_sv_to so as to be shorter than the Re-Ping time.
- FIG. 5D is a diagram for explaining the operation timing of the power transmission device 100 and the power receiving device 101 that operate in this way.
- the second communication unit 206 of the power transmission device 100 and the second communication unit 304 of the power reception device 101 are CONNECTION state 501
- the second communication unit 206 of the power transmission device 100 receives the EPT (Re-Ping) 509 from the power reception device 101. do.
- the power transmission device 100 stops power transmission at time T13.
- T_reping 505 in the figure the first communication unit 204 of the power transmission device 100 transmits the D-Ping 510 again.
- the power transmission device 100 sets T_sv_to 506 to a shorter time than T_reping 505. Then, at the time T14, the Supervision timer times out, and the second communication unit 206 of the power transmission device 100 transitions to the SCANNNING state to the INITIATING state, and it becomes possible to receive the ADV and transmit the CONNECT.
- the power transmission device 100 that functions as the Central of the BLE determines and sets the timeout time (T_sv_to) of the Supervision timer to a value corresponding to the Re-Ping time.
- the power receiving device 101 functioning as a peripheral of the BLE may determine the timeout time (T_sv_to) to be a value corresponding to the Re-Ping time, and request the power transmission device 100 to set the time-out time (T_sv_to) to that value.
- This request can be made by transmitting a BLE packet including the BLE standard LL_CONMENTION_PARAM_RET and the command L2CAP_CONNECTION_PARAMETER_UPDATE_RET to the power transmission device 100.
- the power receiving device 101 transmits a BLE packet at any timing within the period of the CONNECTION state 501 in FIG. 5D.
- the power transmission device 100 sets a timeout time (T_sv_to) included in the BLE packet.
- the control unit 201 of the power transmission device 100 uses an OS (Operating System) which is basic software for performing BLE communication. Due to this limitation of the OS, the power transmission device 100 may not be able to determine the timeout time of the Supervision timer to a value desired by the power transmission device 100. In such a case, the timeout time (T_sv_to) of the Supervision timer can be set to a value corresponding to the Re-Ping time by performing as described above. In this way, one of the power transmission device 100 and the power receiving device 101 determines the time-out time, and the time-out time is set to the other by transmitting a signal in which the time-out time can be specified. As a result, even if one of the devices cannot determine the timeout time due to the limitation of the OS, the timeout time can be set according to the Re-Ping time.
- OS Operating System
- EPT EPT (Re-Ping)
- Re-Ping a reason code
- Other reason codes may be used.
- the power transmission device 100 may decide to stop / interrupt the power transmission when the control unit 201 detects a foreign substance by the electric power transmitted under the control of the control unit 201.
- the second communication unit 206 of the power transmission device 100 has a Central function capable of simultaneously connecting to a plurality of peripherals.
- the power transmission device 100 has a function of maintaining the SCANNNING state with a certain power receiving device 101 even during a certain period of the CONNECTION state or INITIATING state, receiving ADV from another power receiving device 101, and BLE-connecting to another power receiving device 101. ..
- the second communication unit 206 of the power transmission device 100 when the second communication unit 206 of the power transmission device 100 is connected to any of the power receiving devices by BLE (Yes in S602), the second communication unit 206 transmits a TRM to the power receiving device. It has been described as being transmitted (S603). That is, the condition of S602 is that it is BLE-connected to one power receiving device. Instead of this, the condition of S602 may be BLE-connected to N or more power receiving devices (N ⁇ 2). At this time, the destination for transmitting the TRM in S603 is the power receiving device of the transmission source of the EPT received by the in-band communication in S600.
- the power transmission device 100 can continue to use the BLE connection with the power reception device 101 in an application other than out-of-band communication for power transmission control after the power transmission to the power reception device 101 is stopped. .. Further, even in that case, power transmission and BLE connection can be performed to a predetermined number or more of the power receiving devices other than the power receiving device 101.
- the power transmission device 100 makes a BLE connection and transmission with one power receiving device 101 (referred to as a power receiving device A), and then performs power transmission and BLE connection with another power receiving device 101 (referred to as a power receiving device B).
- a power receiving device A one power receiving device 101
- a power receiving device B another power receiving device 101
- This form may occur, for example, when the power receiving device A is removed by the user and replaced by the power receiving device B.
- FIG. 5E is a diagram illustrating operation timings of the power transmission device, the power receiving device A, and the power receiving device B in the present embodiment.
- the second communication unit 206 of the power transmission device 100 and the second communication unit 304 of the power reception device A are CONNECTION state 501
- the second communication unit 206 of the power transmission device 100 is EP (Re-Ping) from the power reception device A at time T8.
- Receive 509 Since the second communication unit 206 is connected to the second communication unit 304 of the power receiving device A by BLE, the TRM 511 is transmitted at the time T9. After that, the power transmission device 100 stops power transmission.
- the power receiving device A is removed by the user and replaced with the power receiving device B.
- the first communication unit 204 of the power transmission device 100 transmits the D-Ping 510 again.
- the power receiving device B receives power from the D-Ping 510 by the first communication unit 303 and activates the second communication unit 206.
- the second communication unit 304 of the power receiving device B broadcasts ADV507 at time T11.
- the second communication unit 206 of the power transmission device 100 Since the second communication unit 206 of the power transmission device 100 transmits the TERM at the time T9, it becomes the SCANNNING state 502 to the INITIATING state 503 after the time T9. That is, after the time T9, the SCANNNING state 502 is set, and the second communication unit 206 of the power transmission device 100 transitions to a state in which ADV as information necessary for connection with the second communication unit 304 of the power reception device B can be received. .. Then, at time T11, the second communication unit 206 of the power transmission device 100 receives the ADV transmitted from the second communication unit 304 of the power receiving device B.
- the fact that the ADV is from the power receiving device B can be confirmed by checking whether the BD_ADDR included in the ADV matches the BD_ADDR received by the in-band communication in F413. If they match, the power transmission device 100 transmits CONNET 508 at time T12 at the INITIATING state 503.
- the power transmission device 100 of the present embodiment can be BLE-connected to the power receiving device B when the power transmission to the power receiving device B is started after the power transmission to the power receiving device A is stopped.
- ⁇ Modification 9> In the example of FIG. 5E, when the power transmission device 100 receives the EPT (EPT (Re-Ping) 509) including the reason code: Re-Ping, the power transmission device 100 transmits the TRM511 before stopping the power transmission. Instead of this, the same processing may be performed when an EPT including a reason code indicating charging completion is received. By doing so, the power transmission device 100 can perform power transmission to the power receiving device B and BLE connection even when the user replaces the power receiving device B with the power receiving device B when the user has completed charging the power receiving device A.
- EPT EPT (Re-Ping) 509 including the reason code: Re-Ping
- the power transmission device 100 transmitted the D-Ping 510 at time T10.
- the A-Ping may be repeatedly transmitted from the time T10, and the D-Ping 510 may be transmitted after the object is detected.
- the power transmission device 100 can transmit power to the power receiving device B and make a BLE connection even if there is a time before the power receiving device B is placed after the power receiving device A is removed. It can be carried out.
- the above processing may be performed when an EPT including a reason code indicating, for example, charging is completed is received other than the reason code: Re-Ping.
- the power transmission device 100 when the power transmission device 100 receives the EPT (Re-Ping) 509, the power transmission device 100 transmits the TRM511 before stopping the power transmission. Instead of this, if the CE or RP0 that should be periodically received from the power receiving device A cannot be continuously received for a predetermined time or longer, the same processing may be performed.
- the predetermined time is the time when the power receiving device 101 exceeds the transmission interval of CE or RP0, which is defined by the WPC standard.
- the power transmitting device 100 can transmit power to the power receiving device B and make a BLE connection to the power receiving device A. Even when the power receiving device A is removed and replaced with the power receiving device B during power transmission in the Power Transfer phase, the power transmission to the power receiving device B and the BLE connection can be performed.
- the power transmission device 100 of the present embodiment sets the timeout time (T_sv_to) of the Supervision timer for determining whether or not the BLE connection with the power receiving device 101 is disconnected (link loss) to Re-Ping. It may be set according to the time.
- FIG. 5F is a diagram for explaining the operation timing of the power transmission device 100 operating in this way, and the power receiving device A and the power receiving device B.
- the second communication unit 206 of the power transmission device 100 and the second communication unit 304 of the power reception device A are CONNECTION state 501
- the second communication unit 206 of the power transmission device 100 receives the EPT (Re-Ping) 509 from the power reception device A. do.
- the power transmission device 100 stops power transmission at time T13.
- the power receiving device A is removed by the user and replaced with the power receiving device B.
- the first communication unit 204 of the power transmission device 100 transmits the D-Ping 510 again.
- the power receiving device B receives power from the D-Ping 510 by the first communication unit 303 and activates the second communication unit 206.
- the second communication unit 304 of the power receiving device B broadcasts ADV507 at time T11.
- the power transmission device 100 sets T_sv_to 506 to a shorter time than T_reping 505.
- the second communication unit 206 of the power transmission device 100 transitions to the SCANNNING state to the INITIATING state, and it becomes possible to receive the ADV transmitted by the power receiving device B and transmit the CONNECT. ..
- FIGS. 6A and 6B may be realized, for example, by the control unit 201 of the power transmission device 100 reading and executing a program stored in advance to control each functional unit.
- the present invention is not limited to this, and at least a part of these processes may be realized by hardware.
- a dedicated circuit can be automatically generated on the FPGA (Field Programmable Gate Array) from the program for realizing each processing step.
- a Gate Array circuit may be formed so that hardware that executes at least a part of the above-mentioned processing can be realized.
- the present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiment to a system or device via a network or storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device reads and executes the program. It can also be realized by the processing to be performed. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
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Abstract
受電装置に無線で電力を送電する送電装置は、送電を制御する制御手段と、送電する電力に信号を重畳して通信を行う第1通信手段と、送電に用いる周波数と異なる周波数を使用して通信を行う第2通信手段と、を有する。送電装置は、該第1通信手段と前記受電装置との間で送受信された情報に基づいて該第2通信手段と該受電装置とが接続されている状態で、該受電装置に対する送電を停止すると判定された場合、該第2通信手段と該受電装置とを接続するための通信を行うように制御する。
Description
本発明は、無線電力伝送の技術に関するものである。
近年、無線電力伝送システムの技術開発が広く行われている。特許文献1では、無線電力伝送の規格の標準化団体Wireless Power Consortium(WPC)が策定する規格(WPC規格)に準拠した送電装置および受電装置が開示されている。また、特許文献2には、無線電力伝送システムにおいて、送受電のための制御信号の送受信を、送受電に用いる周波数/コイルやアンテナと異なる周波数/コイルやアンテナを用いて行う手法が記載されている。なお、送受電に用いる周波数/コイルやアンテナを用いた通信をインバンド通信、送受電に用いる周波数/コイルやアンテナと異なる周波数/コイルやアンテナを用いた通信をアウトバンド通信という。
WPC規格では、送受電とそのための制御通信が磁気誘導(magnetic induction)によって行われる。また、WPC規格に準拠した送電装置及び受電装置は、送受電で使用する周波数と同じ周波数を用いて制御通信を行う。すなわち、当該制御通信はインバンド通信である。一般に、インバンド通信で誤りなく通信できる通信範囲は、アウトバンド通信の通信範囲よりも狭い。従来、インバンド通信とアウトバンド通信の両方を実行可能な送電装置および受電装置における適切な通信制御については検討されていなかった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、インバンド通信とアウトバンド通信の両方を実行可能な送電装置および受電装置における適切な通信制御技術を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための一手段として、本発明の送電装置は以下の構成を有する。すなわち、受電装置に無線で電力を送電する送電装置であって、送電を制御する制御手段と、送電する電力に信号を重畳して通信を行う第1通信手段と、送電に用いる周波数と異なる周波数を使用して通信を行う第2通信手段と、を有し、前記第1通信手段と前記受電装置との間で送受信された情報に基づいて前記第2通信手段と前記受電装置とが接続されている状態で、前記制御手段が前記受電装置に対する送電を停止すると判定した場合、前記第2通信手段は、前記第2通信手段と前記受電装置とを接続するための通信を行う。
本発明によれば、インバンド通信とアウトバンド通信の両方を実行可能な送電装置および受電装置において適切に通信制御を行うことができる。
本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
図1は、無線電力伝送システムの構成例を示す。
図2は、送電装置の構成例を示すブロック図である。
図3は、受電装置の構成例を示すブロック図である。
図4は、送電装置および受電装置のシーケンス図である。
図5Aは、送電装置と受電装置における動作タイミングを説明するための図である。
図5Bは、送電装置と受電装置における動作タイミングを説明するための図である。
図5Cは、送電装置と受電装置における動作タイミングを説明するための図である。
図5Dは、送電装置と受電装置における動作タイミングを説明するための図である。
図5Eは、送電装置と受電装置における動作タイミングを説明するための図である。
図5Fは、送電装置と受電装置における動作タイミングを説明するための図である。
図6Aは、送電装置の処理の流れの例を示すフローチャートである。
図6Bは、送電装置の処理の流れの別の例を示すフローチャートである。
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
<実施形態1>
[システムの構成]
図1に、本実施形態による無線電力伝送システムの構成例を示す。本無線電力伝送システムは、送電装置100および受電装置101を含んで構成される。そして、送電装置100および受電装置101は、それぞれBLE(Bluetooth(登録商標) Low Energy)による通信機能を有するものとする。以下では、BLEの通信部(通信回路等によって構成されるユニット)を「BLE」と呼ぶ場合がある。
[システムの構成]
図1に、本実施形態による無線電力伝送システムの構成例を示す。本無線電力伝送システムは、送電装置100および受電装置101を含んで構成される。そして、送電装置100および受電装置101は、それぞれBLE(Bluetooth(登録商標) Low Energy)による通信機能を有するものとする。以下では、BLEの通信部(通信回路等によって構成されるユニット)を「BLE」と呼ぶ場合がある。
本実施形態では、送電装置100は、BLEのCentral(セントラル)として機能し、受電装置101は、BLEのPeripheral(ペリフェラル)として機能する。「Central」は、BLEの制御局であることを示し、「Peripheral」は、BLEの端末局であることを示している。BLEのCentralは、BLEのPeripheralとの間で通信を行い、他のCentralとの通信を行わない。また、BLEのPeripheralは、BLEのCentralとの間では通信を行うが、他のPeripheralとの間では通信を行わない。すなわち、BLEでは、Central同士又はPeripheral同士の通信は行われない。また、Centralは複数のPeripheralと接続状態(BLEのCONNECT state)となることができ、複数のPeripheralとの間でデータを送受信することができる。
送電装置100および受電装置101は、他の装置(カメラ、スマートフォン、タブレットPC、ラップトップ、自動車、ロボット、医療機器、プリンター)に内蔵され、それらの装置に電力を供給するように構成されてもよい。
[送電装置の構成]
図2は、送電装置100の構成例を示すブロック図である。送電装置100は、例えば、制御部201、電源部202、送電部203、第1通信部204、送電コイル205、第2通信部206、及びメモリ207を有する。
図2は、送電装置100の構成例を示すブロック図である。送電装置100は、例えば、制御部201、電源部202、送電部203、第1通信部204、送電コイル205、第2通信部206、及びメモリ207を有する。
制御部201は、送電装置全体を制御する。制御部201は、一例として、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro Processing Unit)等の1つ以上のプロセッサを含んで構成されうる。なお、制御部201は、後述の処理を実行するように構成された、特定用途向け集積回路(ASIC)やフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)等を含んでもよい。
電源部202は、少なくとも制御部201および送電部203が動作する際の電力を供給する電源である。電源部202は、例えば、商用電源から電力の供給を受ける有線受電回路やバッテリ等でありうる。送電部203は、制御部201による制御により、送電コイル205を介して受電装置101へ電力を伝送するために、送電コイル205に交流電圧および交流電流を発生させる。送電部203は、例えば、電源部202が供給する直流電圧を、FET(Field Effect Transistor)を使用したハーフブリッジ又はフルブリッジ構成のスイッチング回路を用いて交流電圧に変換する。この場合、送電部203は、FETのON/OFFを制御するゲ-トドライバを含む。
第1通信部204は、受電装置101の通信部(図3に示す第1通信部303)との間で、WPC規格に基づいた無線電力伝送の制御通信を行う。本実施形態では、第1通信部204が実行する通信は、送電部203が発生する交流電圧または電流を変調し、無線電力(送電する電力)に通信対象データ(信号)を重畳する、いわゆるインバンド通信である。
第2通信部206は、受電装置101の通信部(図3に示す第2通信部304)との間で、WPC規格に基づいた無線電力伝送の制御通信を行う。第2通信部206は、送電部203が通信に使用する周波数(送電に用いる周波数)と異なる周波数を使用し、送電コイル205と異なる不図示のアンテナを使用して、いわゆるアウトバンド通信を行う。アウトバンド通信は、インバンド通信と比較して伝送速度(通信速度)が速い。アウトバンド通信を制御通信に使用することで、無線電力伝送システムの制御を高速化することができる。本実施形態では、第2通信部206がBLEに対応しているものとする。
BLE規格では、BLEを実装した製品の製造メーカやBLEの通信部(本実施形態では、第2通信部304、206)の識別情報(Bluetoothデバイスの識別情報:BD_ADDR)が規定されている。当該識別情報は、Public Addressや、乱数により決定されるRandom Addressにより表現される。Random Addressには、Static Device Address、Resolvable Private Address、Non-resolvable Private Addressが含まれる。Static Device Addressは、第2通信部304、206(BLE通信部)に電源投入されるたびに生成される乱数を用いて生成されるアドレスである。Non-resolvable Private Addressは、一定時間ごとに生成される乱数アドレスである。Resolvable Private Addressは、CentralとPeripheralとの間で交換された暗号鍵に基づいて生成されるアドレスである。
本実施形態では、第2通信部206の識別情報としてRandom AddressのうちのStatic Device Addressを使うものとして説明する。しかしこれはStatic Device Addressに限定されず、Public Address、Resolvable Private Address、Non-resolvable Private Addressであってもよい。
また、本実施形態では、第2通信部206はBLEに対応するものとするが、これに代えて、NFC(Near Field Communication)やWiFi等の他の無線通信方式に対応する通信部が用いられてもよい。第1通信部204による通信範囲は、第2通信部206による通信範囲より狭くてもよい。
メモリ207は、送電装置や無線電力伝送システムの各要素および全体の状態を記憶する。
図2では、制御部201、電源部202、送電部203、第1通信部204、メモリ207、第2通信部206が、それぞれ別個のブロックとして記載されているが、これらのうちの2つ以上のブロックが1つのチップ等によってまとめられてもよい。また、1つのブロックが複数のブロックに分割されてもよい。
[受電装置の構成]
図3は、受電装置101の構成例を示すブロック図である。受電装置101は、例えば、制御部301、受電部302、第1通信部303、第2通信部304、受電コイル305、充電部306、バッテリ307、およびメモリ308を有する。
図3は、受電装置101の構成例を示すブロック図である。受電装置101は、例えば、制御部301、受電部302、第1通信部303、第2通信部304、受電コイル305、充電部306、バッテリ307、およびメモリ308を有する。
制御部301は、受電装置101の全体を制御する。制御部301は、一例として、CPUやMPU等の1つ以上のプロセッサを含んで構成されうる。なお、制御部201は、後述の処理を実行するように構成された、特定用途向け集積回路(ASIC)やフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)等を含んでもよい。
受電部302は、送電コイル205からの送電によって受電コイル305に生じた交流電圧および交流電流を取得して、受電した電力を制御部301及び充電部306等が動作するための直流電圧および直流電流に変換する。第1通信部303は、送電装置100の第1通信部204との間で、WPC規格に基づいた無線電力伝送のための制御通信を行う。この制御通信は、受電コイル305で受電した電磁波を負荷変調するインバンド通信によって行われる。
第2通信部304は、送電装置100の第2通信部206との間で、WPC規格に基づいた無線電力伝送の制御通信を行う。第2通信部304は、受電部302が受電する電磁波の周波数と異なる周波数を使用し、受電コイル305とは異なる不図示のアンテナを使用してアウトバンド通信を行う。本実施形態では、第2通信部304がBLEに対応しており、その識別情報としてRandom AddressのうちのStatic Device Addressが使用されるものとして説明する。しかしこれはStatic Device Addressに限定されず、Public Address、Resolvable Private Address、Non-resolvable Private Addressであってもよい。
また、本実施形態では。第2通信部304はBLEに対応するものとするが、これに代えて、NFCやWiFi等の他の無線通信方式に対応する通信部が用いられてもよい。また、第2通信部304は受電部302から直接電力供給を受けて動作するものとするが、バッテリ307から電力供給を受けてもよい。第1通信部303による通信範囲は、第2通信部304による通信範囲より狭くてもよい。
充電部306は、受電部302から供給される直流電圧と直流電流を利用して、バッテリ307を充電する。メモリ308は、受電装置101および無線電力伝送システムの各要素および全体の状態を記憶する。
図3では制御部301、受電部302、第1通信部303、第2通信部304、充電部306、及びメモリ308が、それぞれ別個のブロックとして記載されているが、これらのうちの2つ以上のブロックが1つのチップ等によってまとめられてもよい。また、1つのブロックが複数のブロックに分割されてもよい。
[送電装置および受電装置の基本動作]
図4は、送電装置および受電装置のシーケンス図である。図4の一部を使用して、送電装置100および受電装置101の基本的な動作について説明する。なお、本実施形態の送電装置100と受電装置101は、WPC規格v1.2.3に準拠し、かつBLEによるアウトバンド通信にも対応しているものとする。なお、以下の説明において、WPC規格で規定されているGeneral Requestを用いて送信されるデータ/要求をGRQ()と表現する。また、同規格で定義されているSpecific Requestを用いて送信されるデータ/要求をSRQ()と表現する。
図4は、送電装置および受電装置のシーケンス図である。図4の一部を使用して、送電装置100および受電装置101の基本的な動作について説明する。なお、本実施形態の送電装置100と受電装置101は、WPC規格v1.2.3に準拠し、かつBLEによるアウトバンド通信にも対応しているものとする。なお、以下の説明において、WPC規格で規定されているGeneral Requestを用いて送信されるデータ/要求をGRQ()と表現する。また、同規格で定義されているSpecific Requestを用いて送信されるデータ/要求をSRQ()と表現する。
送電装置100は、送電コイル205の近傍に存在する物体を検出する為にAnalog Ping(以降、A-Pingと表現する)を送電する(F400)。A-Pingはパルス状の電力で、物体を検出するための電力である。また、受電装置101がA-Pingを受電したとしても、受電装置101の制御部301を起動することができないほど微小な電力である。送電装置100は、送電コイル205の近傍に存在する物体に起因する送電コイル205内部の電圧値の共振周波数のシフトや、送電コイル205を流れる電圧値・電流値の変化によって物体を検出する。
送電装置100は、A-Pingにより物体を検出すると、送電コイル205のQ値を測定する(F401)。Q値測定については周知の方法を利用すればよく、詳細な説明は省略する。送電装置100は、Q値測定が終了すると、Digital Ping(以降、D-Pingと表現する)の送電を開始する(F402)。D-Pingは受電装置101の制御部301や第2通信部304等を起動させるための電力で、A-Pingよりも大きい電力である。また、D-Ping(F402)は以後連続的に送電される。すなわち、送電装置100は、D-Pingの送電を開始してから、受電装置101から送電停止を要求するEPT(End Power Transfer)データ(信号)を受信するまで、D-Ping以上の電力を送電し続ける。
受電装置101は、D-Pingを受電して起動すると、受電したD-Pingの電圧値を格納したデータであるSignal Strengthを送電装置100に送信する(F403)。続いて受電装置101は、受電装置101が準拠しているWPC規格のバージョン情報やデバイス識別情報を含むIDを格納したデータを送信する(F404)。さらに受電装置101は、受電部302が負荷(もしくは充電部306)へ供給する電力の最大値等を含む情報を含むConfigurationデータを送電装置100に送信する(F405)。
本例では、送電装置100は、IDおよびConfigurationデータを受信することによって、受電装置101がWPC規格v1.2以降の拡張プロトコルに対応していると判断すると、ACKで応答する(F406)。当該拡張プロトコルは、後述するNegotiationフェーズを含むプロトコルである。
受電装置101は、ACKを受信すると、送受電する電力の交渉などを行うNegotiationフェーズに遷移する。まず受電装置101は、送電装置100に対してFOD(Foreign Object Detection(異物検出)) Statusデータを送信する(F407)。本実施形態では当該FOD StatusデータをFOD(Q)と表現する。送電装置100は、受信したFOD(Q)に格納されているQ値と、Q値測定(F401)で測定したQ値に基づいて、異物検出を行う。本例では、送電装置100は、異物がない可能性が高いと判定したものとし、この場合、異物がない可能性が高いと判定したことを示すACKを受電装置101に送信する(F408)。
受電装置101は、ACKを受信すると、送電装置100の能力(Capability)を問い合わせるためにGRQ(CAP)を送信する(F409)。送電装置100は、GRQ(CAP)を受信すると、自身が対応している能力情報を格納したCapabilityデータ(CAPと表現する)を送信する(F410)。
続いて、送電装置100と受電装置101は、受電装置101が受電を要求する電力値の最大値であるGuaranteed Power(GP)の交渉を行う。Guaranteed Powerは、送電装置100と受電装置101との間の交渉で合意された、受電装置101の負荷電力(充電部306が消費する電力)の最大値である。
当該交渉では、まず、受電装置101が要求するGuaranteed Powerの値を格納したデータ(SRQ(GP)と表現する)を送電装置100に送信する(F411)。続いて、SRQ(GP)を受信した送電装置100は、送電装置100は自身の送電能力等を考慮して、SRQ(GP)に応答する。本例では、送電装置100は、Guaranteed Powerを受け入れられると判断し、当該要求を受け入れることを示すACKを送信する(F412)。本例では、受電装置101がSRQ(GP)でGuaranteed Powerとして15ワットを要求し、送電装置100がこれを受け入れたとする。
次に、受電装置101は、第2通信部304のBD_ADDR(GRQ(PRX_BD_ADDR)と表現する)を送電装置100に通知する(F413)。GRQ(PRX_BD_ADDR)を受信した送電装置100は、ACKで応答する(F414)。続いて、受電装置101は、送電装置100の第2通信部206のBD_ADDRの通知に対する要求(GRQ(PTX_BD_ADDR_ADDR)(F415)と表現する)を送信する(F415)。送電装置100は、GRQ(PTX_BD_ADDR_ADDR)を受信すると、第2通信部206のBD_ADDR(PTX_BD_ADDRと表現する)を受電装置101に通知する(F416)。
次に、受電装置101は、制御通信としてアウトバンド通信を接続するための要求(SRQ(CONNCT)と表現する)を送信する(F417)。本例では、送電装置100は、BLEによるアウトバンド通信を行う意思があるものとし、この場合、受信したSRQ(CONNECT)に対してACKを送信する(F418)。
受電装置101は、ACKを受信すると、Negotiationフェーズの終了に対する要求(SRQ(EN)と表現する)を送信する(F419)。SRQ(EN)を受信した送電装置100は、Negotiationフェーズを終了してよいかを判定する。本例では、送電装置100は、終了すると決定し、ACKを送信する(F420)。
受電装置101はACKを受信すると、バッテリ307の電力ではなく、受電部302で受信した電力で直接、第2通信部304を起動する。そして、受電装置101は第2通信部304を用いて、ADVERTISE_INDICATION(以後、ADVと表現する)をブロードキャスト送信する(F421)。ADVは、BLE規格で定義されてた信号である。ADVは、BLE規格で定義されているAdvertiserの状態のデバイスによってブロードキャストされ、そのデバイスのBD_ADDRや対応しているサービス情報を報知するための信号である。
送電装置100は、ACKを送信した(F420)場合に、第2通信部206をScannerとして起動し、ADVを待ち受ける。本例では、送電装置100の第2通信部206がScannerとして動作する所定時間が経過する前に、受電装置101からインバンド通信でF413において受信したBD_ADDRを含むADVを受信する。この場合、送電装置100は、第2通信部206をBLE規格で規定されるinitiatorとして動作させる。initiatorとして動作する第2通信部206は、BLEの接続要求メッセージであるConnect_indication(以後CONNECTと表現する)を、受信したBD_ADDRに宛てて送信する(F422)。以降、送電装置100と受電装置101の制御通信はBLE(すなわち、第2通信部206と第2通信部304)を使用して実施される。
送電装置100と受電装置101は、パワーロス手法に基づく異物検出を実施するための基準を作成するために、Calibration処理を行う。まず、受電装置101は、受電部302と負荷を接続せず受電した電力を負荷に供給しない状態で、受電装置101がD-Pingを受電したときの受電電力値R1を格納したReceived Power Packet(mode1)(PR1と表現する)を送電装置100に送信する(F423)。
送電装置100は、RP1を受信すると、ACKを受電装置101に送信する(F424)。この時送電装置100は、自身の送電電力値T1を計測し、パワーロスであるT1とR1の差分Δ1を計算する。
ACKを受信した受電装置101は、受電部302と負荷を接続し受電した電力を負荷に供給しした状態で、負荷に応じて送電装置100に対して受電電圧(または受電電流、受電電力)の増減を送電装置100に要求する。当該要求はControl Error(以後、CEと表現する)を送電装置100に送信することで実施される。CEには符号および数値の情報が格納される。CEに格納される数値の符号がプラスであれば受電電圧を上げることを、マイナスであれば受電電圧を下げることを、数値がゼロであれば受電電圧を維持することを要求することを意味する。ここでは受電装置101は、受電電圧を上げることを示すCE(+)を送電装置100に送信する(F425)。
送電装置100はCE(+)を受信すると、送電回路の設定値を変更し送電電圧を上げる。受電装置101は、CE(+)に応答して受電電力が上昇すると、受電した電力を負荷である充電部306に供給し、RP2(Received Power Packet(mode2))を送電装置100に送信する(F426)。ここでRP2には、受電装置101が受電部302の出力を負荷(充電部306)に供給した状態における受電電力値R2が格納されている。
送電装置100は、RP2を受信すると、ACKを受電装置に送信する(F427)。この時送電装置100は、自身の送電電力値T2を計測し、パワーロスであるT2とR2の差分Δ2を計算する。続いて、送電装置100は、パワーロスΔ1(受電部302と負荷を接続せず負荷の消費電力が0である場合のパワーロス)と、パワーロスΔ2(受電部302と負荷を接続し負荷の消費電力が0でない場合のパワーロス)を基準として、パワーロスに基づく異物検出を行う。具体的には、送電装置100は、Δ1とΔ2から任意の受電電力値において異物がない状態におけるパワーロスを予測し、実際に受信した受電電力値(後述するRP0)とその時の送電電力値に基づいて異物検出を行うことができる。
以上がCalibration処理である。なお、送電装置100がRP2に対してACKを送信したときに、Calibration処理は終了する。また、受電装置101が送信したRP1に対してACKを受信したときに、送電装置100および受電装置101は、Power Transferフェーズに遷移しており、送電装置100は、受電装置がNegotiationフェーズで交渉した最大15ワットを受電可能な電力を送電している。
受電装置101は、送電装置100に対して、CEおよび現在の受電電力値を格納したRP0(Received Power Packet(mode0))を送電装置100に定期的に送信する(F428)。RP0を受信した受電装置101は、ACKで応答する。
以上が送電装置100および受電装置101の基本的な動作説明である。なお、送電装置100は、F413においてインバンド通信で受信したBD_ADDR以外のBD_ADDRの送信元からADVをF421で受信したとしても、当該ADVの送信元にCONNECTを送信しない。このようにすることで、送電装置100は、受電装置101とのみBLE接続を行うことができる。
また、受電装置101は、F416においてインバンド通信で受信したBD_ADDR以外のBD_ADDRの送信元からCONNECTを受信した場合は、BLE接続を切断することを示すLL_TERMINATE_IND(以後TERMと表現する)を、CONNECTの送信元へ送信する。このようにすることで、受電装置101は、送電装置100からの接続要求のみを受け付けることができる。
[従来の送電装置と受電装置における動作タイミング]
次に、従来における送電装置と受電装置における動作タイミングについて説明する。図5A~5Fは、送電装置と受電装置における動作タイミングを説明するための図であり、ここで、図5Aと図5Bは、従来の送電装置と受電装置における動作タイミングを説明するための図である。ここでは送電装置100と受電装置101を用いて説明する。送電装置100と受電装置101は、図4に示すF400~F420の手順を終えているものとする。すなわち、送電装置100の第1通信部204が、受電装置101との間で、第2通信部206が通信するための情報を含む情報を送受信し、第2通信部206が受電装置101からADV(F421)を受電可能な状態にあるものとする。
次に、従来における送電装置と受電装置における動作タイミングについて説明する。図5A~5Fは、送電装置と受電装置における動作タイミングを説明するための図であり、ここで、図5Aと図5Bは、従来の送電装置と受電装置における動作タイミングを説明するための図である。ここでは送電装置100と受電装置101を用いて説明する。送電装置100と受電装置101は、図4に示すF400~F420の手順を終えているものとする。すなわち、送電装置100の第1通信部204が、受電装置101との間で、第2通信部206が通信するための情報を含む情報を送受信し、第2通信部206が受電装置101からADV(F421)を受電可能な状態にあるものとする。
図5Aでは、受電装置101の第2通信部304は、Advertiserとして動作するADVERTISING state 500における時間T1で、ADV 507をブロードキャストする(F421)。送電装置100の第2通信部206は、Scannerとして動作するSCANNING state 502においてADV 507を受信することが可能である。送電装置100の第2通信部206は、ADV 507を受信すると、BLEの接続処理を行うINITIATING state 503に遷移し、受電装置101に対してCONNECT 508を送信する(F422)。送電装置100の第2通信部206は、受電装置101にCONNECT 502を送信すると、CONNECTION state 501に遷移する。また、受電装置101の第2通信部304は、送電装置100からCONNECT 508を受信すると、CONNECTION state 501に遷移する。
ここで、図5Bに示すように、送電装置100の第2通信部206および受電装置101の第2通信部304がCONNECTION state 501の時に、受電装置101の第2通信部304がWPC規格で規定されたEPT(Re-ping)509を送電装置100に送信したとする。EPTとはEnd Power Transferの略で送電の停止を要求するデータである。また、Re-Pingは、一定期間(Re-Ping時間)送電停止を行うが、所定の時間の後にD-Pingを再度送電することを意味する。
送電装置100は、EPT(Re-Ping)509を受信後、受電装置101に対する送電を停止することを決定し、時間T_terminate以内に送電を停止する。ここで、時間T3において送電装置100が送電を停止したとする。受電装置101の第2通信部304は、バッテリ307の電力ではなく受電部302で受信した電力で動作するので、送電装置100が送電を停止する時間T3において、CONNECTION state 501を終了する。受電装置101の第2通信部206は、CONNECTION state 501を終了すると、送電装置100に対していかなるデータも送信しない。受電装置101の第2通信部304は、通信の再開時に再度電力(電源)が投入されるため、BD_ADDRが変わり得る。
送電装置100の第2通信部206は、受電装置101の第2通信部304とのBLE接続が切断(リンクロス)したかどうかを判断するために、BLE規格で規定されたタイマを持つ。当該タイマはSupervisionタイマと呼ばれ、タイムアウト時間を本実施形態ではT_sv_to 506と表現する。なお、BLE規格によれば当該タイムアウト時間は、デフォルトで20秒である。
送電装置100の第2通信部206は、T_sv_toの間受電装置101の第2通信部304から、いかなるデータも受信しない場合、CONNECTION state 501を終了する。本実施形態ではT_sv_toは時間T3で始まり時間T7でタイムアウトするものとする。
送電装置100が時間T3で送電を終了し、あらかじめ決められた送電停止期間(Re-Ping時間、WPC規格ではデフォルト500ミリ秒)が終了すると、第1通信部204は、時間T4において再びD-Ping 510を送電する。受電装置101は、第1通信部303によりD-Ping 510を受電して、第2通信部304を起動する。図4のF403からF420の手順の後に、受電装置101の第2通信部304は、時間T6まで続くADVERTISING state 500において、時間T5でADV 507をブロードキャストする(F421)。
時間T5では、送電装置100におけるSupervisionタイマはタイムアウトしていないため、送電装置100の第2通信部206は、CONNECTION state 501である。すなわち、送電装置100の第2通信部206は、SCANNING state 502ではないので、時間T5で送信されたADV 507を受信することができない。よって、受電装置101の第2通信部304はCONNECTION state 501になることができず、以降BLEによる制御通信を行うことができない。一方、前述のT_sv_toが時間T7でタイムアウトすると、送電装置100の第2通信部206はSCANNING state502乃至INITIATING state 503に遷移できる状態になる。しかし、今度は受電装置101の第2通信部304が時間T6でADVERTISING state 500を終了している。よって、送電装置100の第2通信部206は、ADV(F421)を受信することができない。
このように、従来では、受電装置101の第2通信部304がADVERTISING stateであるときに、送電装置100の第2通信部206がSCANNING state乃至INITIATING stateに遷移できない。そこで、本実施形態における送電装置100は以下のように動作する。
[本実施形態における送電装置の処理]
図6Aに、本実施形態における送電装置100の処理の流れの例を示すフローチャートを示す。当該フローは、図5Bの左側に示すように、送電装置100の第2通信部206がCONNECTION state 501のときに、第2通信部206が、受電装置からEPTを受信するときに開始されうる。
図6Aに、本実施形態における送電装置100の処理の流れの例を示すフローチャートを示す。当該フローは、図5Bの左側に示すように、送電装置100の第2通信部206がCONNECTION state 501のときに、第2通信部206が、受電装置からEPTを受信するときに開始されうる。
送電装置100の第2通信部206が、受電装置からEPTを受信すると(S600)、制御部201は、EPTに含まれる理由コードがRe-Pingであるかを判定する(S601)。理由コードがRe-pingである場合(S601でYES)、処理はS602へ進み、理由コードがRe-pingでない場合(S601でNo)、処理を終了する。S602では、制御部201は、第2通信部206が、いずれかの受電装置とBLEで接続されているかを判定する。第2通信部206がいずれかの受電装置とBLEで接続されている場合(S602でYes)、第2通信部206は、当該受電装置に対してTERMを送信する(S603)。TERMは、上述したように、BLE接続を切断することを示すLL_TERMINATE_INDである。送電装置100は、TERMを送信後に送電を停止し、第2通信部206は、SCANNING state502乃至INITIATING state 503に遷移できる状態になる。一方、第2通信部206がいずれかの受電装置とBLEで接続されていない場合(S602でNo)、処理を終了する。
次に、図6Aのフローに基づいて動作する送電装置100と、受電装置101における動作について説明する。図5Cは、図6Aのフローに基づいて動作する送電装置100と、受電装置101における動作タイミングを説明するための図である。また、図4のF430以降の処理も参照する。
送電装置100の第2通信部206および受電装置101の第2通信部304がCONNECTION state 501の時に、送電装置100の第2通信部206は、時間T8で受電装置101からEPT(Re-Ping)509を受信する(F430)。第2通信部206は、受電装置101の第2通信部304とBLEで接続しているので、時間T9でTERM 511を送信する(F431)。その後、送電装置100は、送電を停止する。そして、Re-ping時間が経過した後の時間T10において、送電装置100の第1通信部204は再びD-Ping 510を送電する(F432)。受電装置101は、第1通信部303によりD-Ping 510を受電して、第2通信部206を起動する。図4のF403からF420の手順(F433)の後に、受電装置101の第2通信部304は、時間T11でADV 507をブロードキャストする(F434)。
送電装置100の第2通信部206は、時間T9でTERMを送信したので時間T9以降はSCANNING state502乃至INITIATING state 503となる。すなわち、時間T9以降では、SCANNING state502となり、送電装置100の第2通信部206は、受電装置101の第2通信部304との接続に必要な情報としてのADVを受信可能な状態に遷移する。そして時間T11で、送電装置100の第2通信部206は、受電装置101の第2通信部304から送信されるADVを受信したのち、INITIATING state 503において時間T12にCONNECT 508を送信する(F435)。
以上のように、本実施形態の送電装置100は、送電を停止した後に送電を再開したときに、第2通信部206を用いて再度受電装置とBLE接続することが可能となる。
<変形例1>
図5Cの例では、送電装置100の第2通信部206は、EPT(Re-Ping)509を受信した場合に、送電を停止する前にTERM 511を送信するようにした。これに代えて、第2通信部206は、送電を停止後にTERMを送信してもよい。例えば、送電装置100は時間T9に送電を停止し、時間T10で第1通信部204がD-Pingを再度送電し始める間に、第2通信部206がTERMを送信するようにしてもよい。あるいは、第1通信部204が時間T10でD-Pingを再度送信し始めてから、第2通信部206は、時間T11でADVを受信するまでにTERMを送信してもよい。
図5Cの例では、送電装置100の第2通信部206は、EPT(Re-Ping)509を受信した場合に、送電を停止する前にTERM 511を送信するようにした。これに代えて、第2通信部206は、送電を停止後にTERMを送信してもよい。例えば、送電装置100は時間T9に送電を停止し、時間T10で第1通信部204がD-Pingを再度送電し始める間に、第2通信部206がTERMを送信するようにしてもよい。あるいは、第1通信部204が時間T10でD-Pingを再度送信し始めてから、第2通信部206は、時間T11でADVを受信するまでにTERMを送信してもよい。
<変形例2>
図6Bに、本実施形態における送電装置100の処理の流れの別の例を示すフローチャートを示す。当該フローは、当該フローは、図5Bの左側に示すように、送電装置100の第2通信部206がCONNECTION state 501のときに開始されうる。
図6Bに、本実施形態における送電装置100の処理の流れの別の例を示すフローチャートを示す。当該フローは、当該フローは、図5Bの左側に示すように、送電装置100の第2通信部206がCONNECTION state 501のときに開始されうる。
送電装置100の第1通信部204が、受電装置からインバンド通信でBD_ADDRを受信すると(S611)、処理はS612へ進む。S612では、制御部201は、第2通信部206が、いずれかの受電装置とBLEで接続されているかを判定する。第2通信部206がいずれかの受電装置とBLEで接続されている場合(S602でYes)、制御部201は、当該受電装置に対する送電を停止することを決定する。そして、第2通信部206は、当該受電装置に対してTERMを送信する(S613)。図5Cを参照すると、TERMは時間T9で送信されうるが、第2通信部206は、時間T12で、インバンド通信で受信したBD_ADDR宛てにCONNECT 508を送信する前にTERMを送信してもよい。一方、第2通信部206がいずれかの受電装置とBLEで接続されていない場合(S612でNo)、処理を終了する。
このように、受電装置が再度電源を投入するなどの理由により、BD_ADDRが変わる場合、インバンド通信でBD_ADDRを送電装置に送信し、送電装置と受電装置は再度BLEによる接続を試みることができる。
<変形例3>
図5Cの例では、送電装置100の第2通信部206がTERMを送信した。これに代えて、すでに説明したものと同じタイミングで受電装置101の第2通信部304が、TERMを送信してもよい。例えば、何らかの理由により、受電装置101の制御部301が受電の停止を送電装置100へ要求することを決定した場合に、第2通信部304がTERMを送電装置100へ送信してもよい。
図5Cの例では、送電装置100の第2通信部206がTERMを送信した。これに代えて、すでに説明したものと同じタイミングで受電装置101の第2通信部304が、TERMを送信してもよい。例えば、何らかの理由により、受電装置101の制御部301が受電の停止を送電装置100へ要求することを決定した場合に、第2通信部304がTERMを送電装置100へ送信してもよい。
<変形例4>
送電装置100は、受電装置101とのBLE接続が切断(リンクロス)したかどうかを判断するためのSupervisionタイマのタイムアウト時間(T_sv_to)を、Re-Ping時間に応じて設定してもよい。例えば、送電装置100は、Re-Ping時間より短くなるように、T_sv_toを設定してもよい。
送電装置100は、受電装置101とのBLE接続が切断(リンクロス)したかどうかを判断するためのSupervisionタイマのタイムアウト時間(T_sv_to)を、Re-Ping時間に応じて設定してもよい。例えば、送電装置100は、Re-Ping時間より短くなるように、T_sv_toを設定してもよい。
図5Dは、このように動作する送電装置100と、受電装置101における動作タイミングを説明するための図である。送電装置100の第2通信部206および受電装置101の第2通信部304がCONNECTION state 501の時に、送電装置100の第2通信部206は、受電装置101からEPT(Re-Ping)509を受信する。その後、送電装置100は、時間T13において送電を停止する。そして、Re-ping時間(図中のT_reping 505)が経過した後の時間T15において、送電装置100の第1通信部204は再びD-Ping 510を送電する。ここで、送電装置100は、T_sv_to 506をT_reping 505より短い時間に設定する。すると、時間T14においてSupervisionタイマはタイムアウトし、送電装置100の第2通信部206はSCANNING state乃至INITIATING stateに遷移して、ADVを受信しCONNECTを送信することが可能となる。
<変形例5>
上記説明では、BLEのCentralとして機能する送電装置100が、Supervisionタイマのタイムアウト時間(T_sv_to)をRe-Ping時間に応じた値に決定し、設定するとした。これに代えて、BLEのPeripheralとして機能する受電装置101がタイムアウト時間(T_sv_to)をRe-Ping時間に応じた値に決定し、送電装置100にその値に設定するよう要求してもよい。この要求は、BLE規格のLL_CONNECTION_PARAM_REQや、コマンドL2CAP_CONNECTION_PARAMETER_UPDATE_REQを含むBLEパケットを送電装置100に送信することによって行うことができる。受電装置101は、図5DにおいてCONNECTION state 501の期間の中のいずれかのタイミングで、BLEパケットを送信する。送電装置100は、当該BLEパケットを受信すると、そのBLEパケットに含まれるタイムアウト時間(T_sv_to)を設定する。
上記説明では、BLEのCentralとして機能する送電装置100が、Supervisionタイマのタイムアウト時間(T_sv_to)をRe-Ping時間に応じた値に決定し、設定するとした。これに代えて、BLEのPeripheralとして機能する受電装置101がタイムアウト時間(T_sv_to)をRe-Ping時間に応じた値に決定し、送電装置100にその値に設定するよう要求してもよい。この要求は、BLE規格のLL_CONNECTION_PARAM_REQや、コマンドL2CAP_CONNECTION_PARAMETER_UPDATE_REQを含むBLEパケットを送電装置100に送信することによって行うことができる。受電装置101は、図5DにおいてCONNECTION state 501の期間の中のいずれかのタイミングで、BLEパケットを送信する。送電装置100は、当該BLEパケットを受信すると、そのBLEパケットに含まれるタイムアウト時間(T_sv_to)を設定する。
送電装置100の制御部201は、BLE通信を行うために基本ソフトウェアであるOS(Operating System)を利用する。このOSの制約により、送電装置100は、Supervisionタイマのタイムアウト時間を、送電装置100が所望する値に決定することができない場合がある。このような場合においては、上記のようにすることで、Supervisionタイマのタイムアウト時間(T_sv_to)をRe-Ping時間に応じた値に設定することが出来る。このように、送電装置100と受電装置101との一方がタイムアウト時間を決定し、タイムアウト時間を特定可能な信号の送信によってタイムアウト時間を他方に設定する。これによって、一方の装置がOSの制約によってタイムアウト時間を決定できない場合にもRe-Ping時間に応じてタイムアウト時間を設定することができる。
<変形例6>
上記説明では、送電装置100が送電を停止/中断することを決定する例として、送電装置100が理由コード:Re-Pingを含むEPT(EPT(Re-Ping))を受信する例を説明したが、その他の理由コードが用いられてもよい。例えば、送電の中断を意図する他の理由コードを含むデータを送電装置100が受信した場合に、送電を中断してもよい。また、送電装置100は、制御部201の制御により送電される電力により、制御部201が異物を検出した場合に、送電を停止/中断することを決定してもよい。
上記説明では、送電装置100が送電を停止/中断することを決定する例として、送電装置100が理由コード:Re-Pingを含むEPT(EPT(Re-Ping))を受信する例を説明したが、その他の理由コードが用いられてもよい。例えば、送電の中断を意図する他の理由コードを含むデータを送電装置100が受信した場合に、送電を中断してもよい。また、送電装置100は、制御部201の制御により送電される電力により、制御部201が異物を検出した場合に、送電を停止/中断することを決定してもよい。
<変形例7>
送電装置100の第2通信部206が、複数のPeripheralと同時接続可能なCentral機能を持つ場合の変形例を説明する。このとき送電装置100は、ある受電装置101とCONNECTION stateやINITIATING stateにある期間にもSCANNING stateを維持し、別の受電装置101からADV受信して別の受電装置101にBLE接続する機能を持つ。
送電装置100の第2通信部206が、複数のPeripheralと同時接続可能なCentral機能を持つ場合の変形例を説明する。このとき送電装置100は、ある受電装置101とCONNECTION stateやINITIATING stateにある期間にもSCANNING stateを維持し、別の受電装置101からADV受信して別の受電装置101にBLE接続する機能を持つ。
図6Aの説明では、送電装置100の第2通信部206がいずれかの受電装置とBLEで接続されている場合(S602でYes)、第2通信部206は、当該受電装置に対してTERMを送信する(S603)ものとして説明した。すなわち、S602の条件を、1個の受電装置とBLE接続していることとした。これに代えて、S602の条件を、N個(N≧2)以上の受電装置とBLE接続していることとしてもよい。このときS603においてTERMを送信する宛先は、S600においてインバンド通信で受信したEPTの送信元の受電装置である。
このようにすることで、送電装置100は、受電装置101への送電を停止した後に、送電制御のためのアウトバンド通信以外のアプリケーションにおいて受電装置101とBLE接続を継続して利用することができる。また、その場合においても、受電装置101とは別の所定の数以上の受電装置への送電とBLE接続を行うことが出来る。
<変形例8>
上記説明では、送電装置100がBLEのCentral、受電装置101がBLEのPeripheralとして動作するものとして説明した。これに代えて、送電装置100がPeripheral、受電装置101がCentralとして動作してもよい。
上記説明では、送電装置100がBLEのCentral、受電装置101がBLEのPeripheralとして動作するものとして説明した。これに代えて、送電装置100がPeripheral、受電装置101がCentralとして動作してもよい。
<実施形態2>
本実施形態では、送電装置100は、ある受電装置101(受電装置Aと呼ぶ)とBLE接続および送電した後に、別の受電装置101(受電装置Bと呼ぶ)に送電とBLE接続を行う。この形態は、例えば、受電装置Aがユーザによって取り去られ、受電装置Bに取り換えられた場合に発生し得る。
本実施形態では、送電装置100は、ある受電装置101(受電装置Aと呼ぶ)とBLE接続および送電した後に、別の受電装置101(受電装置Bと呼ぶ)に送電とBLE接続を行う。この形態は、例えば、受電装置Aがユーザによって取り去られ、受電装置Bに取り換えられた場合に発生し得る。
図5Eは、本実施形態における送電装置と受電装置Aおよび受電装置Bにおける動作タイミングを説明する図である。
送電装置100の第2通信部206および受電装置Aの第2通信部304がCONNECTION state 501の時に、送電装置100の第2通信部206は、時間T8で受電装置AからEPT(Re-Ping) 509を受信する。第2通信部206は、受電装置Aの第2通信部304とBLEで接続しているので、時間T9でTERM 511を送信する。その後、送電装置100は、送電を停止する。ここで、時間T9から時間T10の間に、ユーザによって受電装置Aが取り去られ、受電装置Bに置き換えられる。そして、Re-ping時間が経過した後の時間T10において、送電装置100の第1通信部204は再びD-Ping 510を送電する。受電装置Bは、第1通信部303によりD-Ping 510を受電して、第2通信部206を起動する。図4のF403からF420の手順(F433)の後に、受電装置Bの第2通信部304は、時間T11でADV507をブロードキャストする。
送電装置100の第2通信部206は、時間T9でTERMを送信したので時間T9以降はSCANNING state 502乃至INITIATING state 503となる。すなわち、時間T9以降では、SCANNING state 502となり、送電装置100の第2通信部206は、受電装置Bの第2通信部304との接続に必要な情報としてのADVを受信可能な状態に遷移する。そして時間T11で、送電装置100の第2通信部206は、受電装置Bの第2通信部304から送信されるADVを受信する。受電装置BからのADVであることは、ADVに含まれるBD_ADDRが、F413にてインバンド通信で受信したBD_ADDRと一致しているかによって確認することが出来る。一致している場合、送電装置100は、INITIATING state 503において時間T12にCONNECT 508を送信する。
以上のように、本実施形態の送電装置100は、受電装置Aへの送電を停止した後に、受電装置Bへの送電を開始した場合に、受電装置BとBLE接続することができる。
<変形例9>
図5Eの例では、送電装置100は、理由コード:Re-Pingを含むEPT(EPT(Re-Ping)509)を受信した場合に、送電を停止する前にTERM511を送信した。これに代えて、充電完了を表す理由コードを含むEPTを受信した場合に同様の処理を行ってもよい。このようにすることで、送電装置100は、ユーザが受電装置Aの充電を完了したことを以て受電装置Bに取り換えた場合においても、受電装置Bへの送電とBLE接続を行うことができる。
図5Eの例では、送電装置100は、理由コード:Re-Pingを含むEPT(EPT(Re-Ping)509)を受信した場合に、送電を停止する前にTERM511を送信した。これに代えて、充電完了を表す理由コードを含むEPTを受信した場合に同様の処理を行ってもよい。このようにすることで、送電装置100は、ユーザが受電装置Aの充電を完了したことを以て受電装置Bに取り換えた場合においても、受電装置Bへの送電とBLE接続を行うことができる。
<変形例10>
図5Eの例では、送電装置100は、時間T10でD-Ping 510を送電した。これに代えて、時間T10からA-Pingを繰り返し送電し、物体を検出した後にD-Ping 510を送電するようにしてもよい。このようにすることで、送電装置100は、受電装置Aが取り去られた後、受電装置Bが載置されるまでに時間が空いた場合においても、受電装置Bへの送電とBLE接続を行うことができる。なお、上記の処理は理由コード:Re-Ping以外、例えば充電完了を表す理由コードを含むEPTを受信した場合に行うようにしてもよい。
図5Eの例では、送電装置100は、時間T10でD-Ping 510を送電した。これに代えて、時間T10からA-Pingを繰り返し送電し、物体を検出した後にD-Ping 510を送電するようにしてもよい。このようにすることで、送電装置100は、受電装置Aが取り去られた後、受電装置Bが載置されるまでに時間が空いた場合においても、受電装置Bへの送電とBLE接続を行うことができる。なお、上記の処理は理由コード:Re-Ping以外、例えば充電完了を表す理由コードを含むEPTを受信した場合に行うようにしてもよい。
<変形例11>
図5Eの例では、送電装置100は、EPT(Re-Ping)509を受信した場合に、送電を停止する前にTERM511を送信した。これに代えて、受電装置Aから定期的に受信するはずのCEまたはRP0が所定時間以上継続して受信できない場合に、同様の処理を行ってもよい。所定時間とは、WPC規格で定められた、受電装置101がCEやRP0の送信間隔を超える時間である。受電装置Aが取り去られた後、受電装置Bが載置されるまでに時間が空いた場合に、受電装置Bへの送電とBLE接続を行うことで、送電装置100は、受電装置AへPower Transfer フェーズで送電中に、受電装置Aが取り去られ、受電装置Bに取り換えられた場合においても、受電装置Bへの送電とBLE接続を行うことができる。
図5Eの例では、送電装置100は、EPT(Re-Ping)509を受信した場合に、送電を停止する前にTERM511を送信した。これに代えて、受電装置Aから定期的に受信するはずのCEまたはRP0が所定時間以上継続して受信できない場合に、同様の処理を行ってもよい。所定時間とは、WPC規格で定められた、受電装置101がCEやRP0の送信間隔を超える時間である。受電装置Aが取り去られた後、受電装置Bが載置されるまでに時間が空いた場合に、受電装置Bへの送電とBLE接続を行うことで、送電装置100は、受電装置AへPower Transfer フェーズで送電中に、受電装置Aが取り去られ、受電装置Bに取り換えられた場合においても、受電装置Bへの送電とBLE接続を行うことができる。
<変形例12>
変形例4と同様に、本実施形態の送電装置100は、受電装置101とのBLE接続が切断(リンクロス)したかどうかを判断するためのSupervisionタイマのタイムアウト時間(T_sv_to)を、Re-Ping時間に応じて設定してもよい。
変形例4と同様に、本実施形態の送電装置100は、受電装置101とのBLE接続が切断(リンクロス)したかどうかを判断するためのSupervisionタイマのタイムアウト時間(T_sv_to)を、Re-Ping時間に応じて設定してもよい。
図5Fは、このように動作する送電装置100と、受電装置Aおよび受電装置Bにおける動作タイミングを説明するための図である。送電装置100の第2通信部206および受電装置Aの第2通信部304がCONNECTION state 501の時に、送電装置100の第2通信部206は、受電装置AからEPT(Re-Ping)509を受信する。その後、送電装置100は、時間T13において送電を停止する。ここで、時間T13から時間T15の間に、ユーザによって受電装置Aが取り去られ、受電装置Bに置き換えられる。そして、Re-ping時間(図中のT_reping505)が経過した後の時間T15において、送電装置100の第1通信部204は再びD-Ping 510を送電する。受電装置Bは、第1通信部303によりD-Ping 510を受電して、第2通信部206を起動する。図4のF403からF420の手順(F433)の後に、受電装置Bの第2通信部304は、時間T11でADV507をブロードキャストする。ここで、送電装置100は、T_sv_to 506をT_reping 505より短い時間に設定する。すると、時間T14においてSupervisionタイマはタイムアウトし、送電装置100の第2通信部206はSCANNING state乃至INITIATING stateに遷移して、受電装置Bが送信するADVを受信しCONNECTを送信することが可能となる。
<その他の実施形態>
上記の図6Aと図6Bに示す処理は、例えば、送電装置100の制御部201が、事前に記憶されたプログラムを読み出して実行して、各機能部を制御することによって実現されうる。ただし、これに限られず、これらの処理の少なくとも一部がハードウェアにより実現されてもよい。ハードウェアにより実現する場合、例えば、所定のコンパイラを用いることにより、各処理ステップを実現するためのプログラムからFPGA(Field Programmable Gate Array)上に自動的に専用回路が生成されうる。また、FPGAと同様にして、Gate Array回路を形成し、上述の処理の少なくとも一部を実行するハードウェアが実現されるようにしてもよい。
上記の図6Aと図6Bに示す処理は、例えば、送電装置100の制御部201が、事前に記憶されたプログラムを読み出して実行して、各機能部を制御することによって実現されうる。ただし、これに限られず、これらの処理の少なくとも一部がハードウェアにより実現されてもよい。ハードウェアにより実現する場合、例えば、所定のコンパイラを用いることにより、各処理ステップを実現するためのプログラムからFPGA(Field Programmable Gate Array)上に自動的に専用回路が生成されうる。また、FPGAと同様にして、Gate Array回路を形成し、上述の処理の少なくとも一部を実行するハードウェアが実現されるようにしてもよい。
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
上述した実施形態及び変形例は、任意に組み合わせて実施することが可能である。また、発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。
本願は、2020年12月17日提出の日本国特許出願特願2020-209553および2021年8月2日提出の日本国特許出願特願2021-126879を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。
Claims (26)
- 受電装置に無線で電力を送電する送電装置であって、
送電を制御する制御手段と、
送電する電力に信号を重畳して通信を行う第1通信手段と、
送電に用いる周波数と異なる周波数を使用して通信を行う第2通信手段と、を有し、
前記第1通信手段と前記受電装置との間で送受信された情報に基づいて前記第2通信手段と前記受電装置とが接続されている状態で、前記制御手段が前記受電装置に対する送電を停止すると判定した場合、
前記第2通信手段は、前記第2通信手段と前記受電装置とを接続するための通信を行うことを特徴とする送電装置。 - 前記第2通信手段は、BLE(Bluetooth Low Energy)に対応した通信を行うことが可能であり、
前記第1通信手段と前記受電装置と間で送受信された情報に基づいて前記第2通信手段が前記受電装置と接続している状態で、前記制御手段が前記受電装置に対する送電を停止することを決定した場合、
前記第2通信手段は、前記受電装置からブロードキャスト送信されるBLEの規格で定義された信号を受信可能な状態に遷移し、前記第2通信手段は、前記受電装置に接続するための通信を行うことを特徴とする請求項1に記載の送電装置。 - 前記第2通信手段は、前記BLEの規格で定義された信号を受信可能な状態に遷移するために、前記受電装置との接続を切断することを示す信号を、前記受電装置に送信することを特徴とする請求項2に記載の送電装置。
- 前記制御手段は、前記第2通信手段により前記受電装置から送電停止を要求する信号が受信された場合に、前記受電装置に対する送電を停止することを決定することを特徴とする請求項2または3に記載の送電装置。
- 前記制御手段は、前記制御手段による送電により異物が検出された場合に、前記受電装置に対する送電を停止することを決定することを特徴とする請求項2または3に記載の送電装置。
- 前記制御手段は、前記第1通信手段がBluetoothデバイスの識別情報を受信した場合に、前記受電装置に対する送電を停止することを決定することを特徴とする請求項2または3に記載の送電装置。
- 前記第2通信手段は、前記受電装置とのBLE接続においてSupervisionタイマがタイムアウトした場合に、前記BLEの規格で定義された信号を受信可能な状態に遷移することを特徴とする請求項2に記載の送電装置。
- 前記Supervisionタイマのタイムアウト時間は、前記送電装置および前記受電装置の一方により決定され、前記タイムアウト時間を特定可能な信号の送信によって他方に設定されることを特徴とする請求項7に記載の送電装置。
- 前記第2通信手段は、前記受電装置の他に、所定の数以上の受電装置とBLE接続している場合に、前記受電装置との接続を切断することを示す信号を、前記受電装置に送信することを特徴とする請求項2または3に記載の送電装置。
- 前記送電装置はBLEのCentralとして機能し、前記受電装置は、BLEのPeripheralとして機能することを特徴とする請求項2から9のいずれか1項に記載の送電装置。
- 前記送電装置はBLEのPeripheralとして機能し、前記受電装置は、BLEのCentralとして機能することを特徴とする請求項2から9のいずれか1項に記載の送電装置。
- 前記第2通信手段による通信速度は、前記第1通信手段による通信速度より速いことを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の送電装置。
- 送電装置から無線で電力を受電する受電装置であって、
受電を制御する制御手段と、
受電した電磁波を負荷変調することにより通信する第1通信手段と、
受電に用いる周波数と異なる周波数を使用して通信を行う第2通信手段と、を有し、
前記第1通信手段と前記送電装置との間で送受信された情報に基づいて前記第2通信手段と前記送電装置とが接続されている状態で、前記制御手段が前記受電の停止を前記送電装置へ要求すると判定した場合、
前記第2通信手段は、前記第2通信手段と前記送電装置とを接続するための通信を行うことを特徴とする受電装置。 - 前記第2通信手段は、BLE(Bluetooth Low Energy)に対応した通信を行うことが可能であり、
前記第1通信手段と前記受電装置と間で送受信された情報に基づいて前記第2通信手段が前記受電装置と接続している状態で、前記制御手段が前記受電の停止を前記送電装置へ要求することを決定した場合、
前記第2通信手段は、前記送電装置との接続を切断することを示す信号を、前記送電装置に送信することを特徴とする請求項13に記載の受電装置。 - 前記送電装置はBLEのCentralとして機能し、前記受電装置は、BLEのPeripheralとして機能することを特徴とする請求項14に記載の受電装置。
- 前記送電装置はBLEのPeripheralとして機能し、前記受電装置は、BLEのCentralとして機能することを特徴とする請求項14に記載の受電装置。
- 前記第2通信手段による通信速度は、前記第1通信手段による通信速度より速いことを特徴とする請求項13から16のいずれか1項に記載の受電装置。
- 受電装置に無線で電力を送電する送電装置であって、
送電を制御する制御手段と、
送電する電力に信号を重畳して通信を行う第1通信手段と、
送電に用いる周波数と異なる周波数を使用して通信を行う第2通信手段と、を有し、
前記第1通信手段と前記受電装置との間で送受信された情報に基づいて前記第2通信手段と前記受電装置とが接続されている状態で、前記制御手段が前記受電装置に対する送電を停止すると判定した場合、
前記第2通信手段は、前記受電装置とは異なる受電装置と前記第2通信手段とを接続するための通信を行う
ことを特徴とする送電装置。 - 前記制御手段は、前記第1通信手段を用いて前記受電装置から充電完了の通知を受信した場合に、前記受電装置に対する送電を停止することを決定することを特徴とする請求項18に記載の送電装置。
- 前記制御手段は、前記受電装置に対する送電を停止すると判定した場合に、前記受電装置とは異なる受電装置を検出するための送電を行うことを特徴とする請求項18に記載の送電装置。
- 前記制御手段は、前記第1通信手段において、前記受電装置から受信できない状態が所定時間以上継続した場合に、前記受電装置に対する送電を停止することを決定することを特徴とする請求項18に記載の送電装置。
- 前記第2通信手段は、前記受電装置とのBLE接続においてSupervisionタイマがタイムアウトした場合に、BLE(Bluetooth Low Energy)の規格で定義された信号を受信可能な状態に遷移することを特徴とする請求項18に記載の送電装置。
- 受電装置に無線で電力を送電する送電装置の制御方法であって、
前記送電装置は、
送電する電力に信号を重畳して通信を行う第1通信手段と、
送電に用いる周波数と異なる周波数を使用して通信を行う第2通信手段と、を有し、
前記第1通信手段と前記受電装置との間で送受信された情報に基づいて前記第2通信手段と前記受電装置とが接続されている状態で、前記受電装置に対する送電を停止するかを判定する判定工程と、
前記受電装置に対する送電を停止すると判定された場合、前記第2通信手段と前記受電装置とを接続するための通信を行うように制御する制御工程と、を有することを特徴とする制御方法。 - 送電装置から無線で電力を受電する受電装置の制御方法であって、
前記受電装置は、
受電した電磁波を負荷変調することにより通信する第1通信手段と、
受電に用いる周波数と異なる周波数を使用して通信を行う第2通信手段と、を有し、
前記第1通信手段と前記送電装置との間で送受信された情報に基づいて前記第2通信手段と前記送電装置とが接続されている状態で、前記受電の停止を前記送電装置へ要求するかを判定する判定工程と、
前記受電の停止を前記送電装置へ要求すると判定された場合、再度、前記第2通信手段と前記送電装置とを接続するための通信を行うように制御する制御工程と、を有することを特徴とする制御方法。 - 受電装置に無線で電力を送電する送電装置の制御方法であって、
前記送電装置は、
送電する電力に信号を重畳して通信を行う第1通信手段と、
送電に用いる周波数と異なる周波数を使用して通信を行う第2通信手段と、を有し、
前記第1通信手段と前記受電装置との間で送受信された情報に基づいて前記第2通信手段と前記受電装置とが接続されている状態で、前記受電装置に対する送電を停止するかを判定する判定工程と、
前記受電装置に対する送電を停止すると判定された場合、前記受電装置とは異なる受電装置と前記第2通信手段とを接続するための通信を行うように制御する制御工程と、を有することを特徴とする制御方法。 - コンピュータを、請求項1から12のいずれか1項に記載の送電装置、または請求項13から17のいずれか1項に記載の受電装置として機能させるためのプログラム。
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