JP2013188066A - ミリ波通信機能を有する非接触電力伝送システム及び非接触電力伝送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置間干渉を回避するための認証動作を、最小限の通信により、不要な領域への電磁波の放射を抑制して、簡素な構成で実行可能とする。
【解決手段】送電コイル９を用いて構成された送電部３、及び送電通信部４を有する送電装置１と、受電コイル１４を用いて構成された受電部６、及び受電通信部７を有する受電装置２とを備え、送電コイルと受電コイルの間の作用を介して送電装置から受電装置への非接触電力伝送を行うとともに、相互間の通信を行うように構成された非接触電力伝送システム。送電通信部及び受電通信部はそれぞれ、ミリ波帯で動作するミリ波帯アンテナ１０、１６及びミリ波帯で動作するミリ波帯通信制御部１３、１９を備え、ミリ波帯アンテナを介したミリ波帯通信制御部間での通信による認証動作が適正に行われた後に、非接触電力伝送を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、送電装置と受電装置の間で非接触（ワイヤレス）の電力伝送を行う非接触電力伝送システム、特に、送電装置と受電装置の間で認証動作を行うための通信機能を有する非接触電力伝送システム、及び通信機能による認証動作を伴う非接触電力伝送方法に関する。

非接触で電力を伝送する方法として、電磁誘導（数１００ｋＨｚ）による電磁誘導方式、電界または磁界共鳴を介した共鳴給電方式、電波（数ＧＨｚ）によるマイクロ波送電方式、あるいは可視光領域の電磁波（光）によるレーザ送電方式が知られている。この中で既に実用化されているのは、電磁誘導方式である。これは簡易な回路（トランス方式）で実現可能であるなどの優位性はあるが、送電距離が短いという課題もある。そこで、共振を利用して電力を数ｍ先まで伝送する共鳴給電方式が提案され、この技術を利用した製品開発が、電機メーカー、自動車メーカーを中心に進められている。

一方、無線によるデータ通信は、携帯電話やＰＤＡなどのモバイル機器の技術革新と、ツイッターやＳＮＳなどのソフトニーズとがあいまって、急速な市場拡大が進んでいる。

中でもミリ波帯を使用したデータ通信などは、その広帯域性能、指向性能から、次世代無線通信の主要な位置を占めることが予想されている。当初は業務用用途が主なものであったが、Wireless-HD規格が纏まるに至り、民生への適用が始まりつつある。また技術的には、ＣＭＯＳチップによるミリ波関連デバイスが、各企業で積極的に製品開発され始めている。

今後も拡大してくると推測される大容量の情報通信は、必然的に大容量の電力を必要とし、それはモバイル機器の場合、電池容量の拡大要求となる。しかし、現在のリチウムイオン電池では十分な電池容量を確保することが困難であり、今後増えてくる電池容量の拡大要求とリチウムイオン電池の電池容量向上のための開発とは必ずしもマッチしていない。非接触での電力伝送はそれを補うものとして注目されており、充電ステーションなどのインフラが整えば、一気にこれら課題をクリアできるものになると期待される。このような観点からすると今後は、大容量の情報通信と無線電力伝送が一体となった開発、製品化が進むものと予想される。

但し、共鳴給電方式による非接触電力伝送のような、電磁波を利用した電力伝送装置を開発、製品化する上で課題となってくるのは、法規の対応である。各国毎に規定が有り、日本では電波法、米国ではＦＣＣ、欧州ではＲ＆ＴＴＥ指令がその対象法規となる。規定値しきい値の違いや測定方法の違いが各規定によって異なるため、製品化する上ではそれぞれの規定に従った認証を取得する必要が有るなど、その対策は簡単ではない。

また電力伝送装置が送受信間でＩＤ認証を行うか否かで法規の扱い（高周波設備に該当するか無線機に該当するか）が異なり、それによって規定値しきい値も違っている。ＩＤ認証の扱いも各国それぞれに取り扱いの違いが存在する。上記法規は、情報通信系を基本的に念頭に置いたものであるが、無線電力伝送に関しては従来の枠を超える方法、例えば共鳴給電などの、電力が数ｍ先まで伝送されるような系での法規制枠組みはこれからである。

ここで、共鳴給電方式による電力伝送に特化して考えてみると、以下のような状態に有る。まず技術的には、電力伝送に用いるコイルの結合係数ｋ値は小さく、一方Ｑ値を高めることを特徴とする。この高いＱを得るために、周波数帯はおよそメガヘルツ帯が中心となる。また法規的には、例えば日本では地デジ化後のホワイトスペース以外は既に電波資源的には無く、各国ともおよそ同じ理由から、ＩＳＭ（Industry Science Medical）帯を使用するのが一般的である。従って、日本の場合であれば、１３．５６ＭＨｚ帯が最有力候補となる。しかし、既存のデバイスで既にこの周波数を利用しているものは多数あり、電力伝送をこの周波数帯で行うには、何らかの認証システムを構築して、受電対象となるデバイス以外には不要な電磁波を送らないようにする必要が有る。但し、上述のとおり、認証を伴うようなデバイスでは法規の規定が無線機扱いとなり、各々のデバイスに対して認証登録をする手間とコストが生じることになる。

以上のように、共鳴方式のような送受電距離が長い電力伝送方式の場合、（１）法規に対応する周波数の選定、（２）既存デバイスとの干渉、（３）ＩＤ認証は、解決すべき重要な問題と言える。特許文献１には、（２）及び（３）の問題に対する対応策を備えた非接触電力伝送システムの例が開示されている。すなわち、複数の送電装置が存在する場合において、他の送電装置との干渉を回避するため、一定の認証を行う電力伝送システムが開示されている。

特許文献１に開示されたシステムの送電装置は、非接触で電力を送信する送電部に加えて、通信部を有し、通信部が受信した外部送電装置における電力伝送の開始を示す情報に基づいて、電力伝送が可能であるか否かを判定する。判定結果に基づいて、選択的に電力伝送を行うように構成される。この方法によれば、複数の送電装置が存在する場合においても、他の送電装置からの干渉を受けずに、１つの受電装置に対して１つの送電装置から電力を伝送することが可能なシステムを提供することができる。

特許０４５５７０４５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された判定方法では、複数存在することが想定される受電装置に対して、電力伝送状態にある送電装置の状態変化や新しく電力伝送状態に入る送電装置の情報を得る必要があり、常にモニターのための通信が行われる。そのため、装置の機能が複雑になり、また大きな待機モニター用の電力が必要となる。しかもモニターするために送電装置から送信される電波は、大きな範囲に拡がる可能性もあり、それを積極的に制御する手段は無いため、既存の装置に対する悪影響を十分に抑制することはできない。

従って本発明は、上記のような状況に鑑み、装置間干渉を回避するための認証動作を、最小限の通信により、不要な領域への電磁波の放射を抑制して、簡素な構成で実行可能とした非接触電力伝送システムを提供することを目的とする。

本発明の非接触電力伝送システムは、送電コイルを用いて構成された送電部、及び送電通信部を有する送電装置と、受電コイルを用いて構成された受電部、及び受電通信部を有する受電装置とを備え、前記送電コイルと前記受電コイルの間の作用を介して前記送電装置から前記受電装置への非接触電力伝送を行うとともに、前記送電通信部と前記受電通信部との間で通信を行うように構成され、前記送電通信部及び前記受電通信部はそれぞれ、ミリ波帯で動作するミリ波帯アンテナ及び前記ミリ波帯で動作するミリ波帯通信制御部を備え、前記ミリ波帯アンテナを介した前記ミリ波帯通信制御部間での通信による認証動作が適正に行われた後に、前記非接触電力伝送を行うように構成されたことを特徴とする。

本発明の非接触電力伝送方法は、送電コイルを有する送電装置から受電コイルを有する受電装置へ、前記送電コイルと前記受電コイルの間の作用を介して非接触の電力伝送を行う方法であって、前記送電装置と前記受電装置との間で、ミリ波帯で動作するミリ波帯アンテナを介したミリ波帯通信による認証動作を行い、前記認証動作が適正に行われた後に、前記非接触の電力伝送を行うことを特徴とする。

上記構成によれば、非接触電力伝送を行う前の認証動作が、ミリ波帯アンテナを介したミリ波帯通信で行われるので、高い指向性を持ち、限定された範囲においてのみ通信可能である。従って、認証動作を、最小限の通信により、不要な領域への電磁波の放射を抑制して、簡素な構成で実行可能となる。また、ミリ波帯を情報伝送用に用いるため、電力伝送用の周波数と干渉することはほとんどない。しかも、ミリ波自体は世界各国で免許不要で活用できる周波数帯であるため、使用に際しての自由度は広く、情報伝送の際に行うＩＤ認証に対しても設計自由度は大きい。

本発明の一実施の形態における非接触電力伝送システムを示す模式図 同非接触電力伝送システムを構成する送電装置の回路構成を示すブロック図 同非接触電力伝送システムを構成する受電装置の回路構成を示すブロック図 同非接触電力伝送システムを構成する通信部の回路構成を示すブロック図 同高周波通信部のミリ波帯アンテナであるＲＬＳＡを示す正面図 図３に示したＲＬＳＡの利得特性の一例を示す図 同ＲＬＳＡの指向性利得特性の一例を示す図 図１の構成を有する非接触電力伝送システムの電力伝送時の動作を示すフローチャート 同非接触電力伝送システムの送受信部のＲＬＳＡ間に角度のずれが有る場合の状態を模式的に示す図 同非接触電力伝送システムの送受信部のＲＬＳＡ間に遮光板が介在する場合の状態を模式的に示す図

本発明の非接触電力伝送システムは、上記構成を基本として、以下のような態様をとることができる。

すなわち、前記ミリ波帯アンテナはＲＬＳＡ（ラジアルスロットラインアンテナ）であることが好ましい。ミリ波帯ＲＬＳＡは、それ自身が高い指向性を持つため、限定した範囲においてのみ情報伝送が可能となる。従って、通信対象を、意図する受電装置に確実に制限することができる。これは裏を返せば、電力伝送を行うというユーザーの積極的意図が働くことに繋がる。従ってユーザーの意図に反して電力送受電が行われる機会は極めて低減されることになり、安全動作性能が向上する。

また、前記送電通信部の前記ＲＬＳＡと前記受電通信部の前記ＲＬＳＡは、互いに異なる方向の偏向特性を持つことが好ましい。それにより、ミリ波が届く範囲においても、送受電で偏向方向が合わなければ、通信が不能となり、特定の相手を選択することが容易となる。

ここで、ＲＬＳＡの直径と指向性はおよそ反比例の関係、直径と利得はおよそ比例する関係にあるので、用いるアプリケーション毎に最適化することが好ましい。例えばより強い指向性を利用して動作範囲を限定しながら大容量伝送する場合には比較的大きめのＲＬＳＡを用い、逆にやや弱い指向性にして動作範囲を拡げたい場合には比較的小さめのＲＬＳＡを用いる。

また、前記ミリ波帯通信制御部間での通信による認証動作には、非圧縮の画像データを情報源として用いることができる。それにより、ミリ波帯の広帯域性を利用して大容量の通信行うメリットを活用して、通信が確立されたことを、画像が適正に送受信されることによりユーザー自身が目視で判断可能とすることができる。

通信を確立するためには必然的に、アンテナ同士をほぼ対向位置に配置させることなる。これはミリ波の指向性が非常に高いからである。一方、このミリ波の高い指向性を利用することは、上述と同様、ユーザーの積極的意図が働くことを意味し、ユーザーの意図に反して非接触電力伝送が行われる機会は極めて低減する。

また、前記送電通信部及び前記受電通信部は、一般的な情報伝送のための通信機能を、前記認証動作にも兼用するように構成することができる。一方、簡易的にＲＬＳＡを用いたミリ波帯通信を、単に電力伝送のための認証手段として用いることもできる。この場合にはシステム設計は最低限で良く、電力伝送機能を主眼として、例えばハンディタイプの装置にモジュールのような形式で組込むことができる。或いは位置情報判定を有る程度拡げるために、複数のアンテナを配置しておくことも可能である。

非接触電力伝送は、長距離で行うことを考慮すれば、共鳴給電により行うことが好ましい。この場合、数十メガヘルツ以下で設計動作する共振コイルと共振回路を含む電力伝送機能を備えるようにする。それにより、効率や通信部への干渉、また回路やその回路を構成する素子のコスト面からなどからの利点も得られる。

上述の構成では、送電部と送電通信部とは、送電通信部で認証が確立されることを条件に送電部による電力伝送が開始されるが、例えば広い領域に受電対象を探すという目的のためには、送電部の弱い指向性コイル（共振コイル）を利用してモニタリングするオプションも付加することができる。

ここで、本発明のミリ波帯通信を用いた方法が、光通信などによる方法と異なる点について言及する。すなわち、ミリ波帯による情報通信では、光通信に比べて、遮光されても通信が途切れることが少ない。また、ユーザーが送受信装置間で情報伝達させようとするときに、アンテナを再配置する余裕度は格段に大きい。更には偏向特性を利用することにより、例えば送信系と受信系が混在する環境でも、誤って電力伝送が行われることを回避することができる。

以上のような構成にすることにより、ユーザーが必要な時に必要なだけ非接触状態で電力伝送を行うことができ、かつ一旦繋がったら切れにくくすることが可能となる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。

＜実施の形態＞
図１は、本発明の一実施の形態における非接触電力伝送システムを示す模式図である。このシステムは、送電装置１と受電装置２から構成される。送電装置１は、送電部３、送電通信部４、及び送電制御部５からなる。受電装置２は、受電部６、受電通信部７、及び受電制御部８からなる。

送電部３は、送電コイル９とループコイル１０を組み合わせた送電コイルユニットを備えている。ループコイル１０には高周波電力ドライバー１１が接続され、送電可能な高周波電力を供給する。送電通信部４は、ミリ波帯で動作するミリ波帯アンテナであるＲＬＳＡ（ラジアルスロットラインアンテナ）１２と、ミリ波帯通信制御部１３を有する。送電部３及び送電通信部４の動作は、送電制御部５により制御される。

受電部６は、受電コイル１４とループコイル１５とを組み合わせた受電コイルユニットを備えている。ループコイル１５には、充電回路１６を介して負荷として例えば充電池１７が接続されている。受電通信部７は、ＲＬＳＡ１８と、ミリ波帯通信制御部１９を備えている。受電部６及び受電通信部７の動作は、受電制御部８により制御される。

以上のように構成された非接触電力伝送システムの基本的な動作は、次のとおりである。すなわち、送電部３のループコイル１０は、高周波電力ドライバー１１から供給される電気信号により励起され、電磁誘導により送電コイル９に電力を供給する。送電コイル９は、ループコイル１０から出力された電気信号に基づいて磁界を発生させる。送電コイル９に供給された電力は、受電コイル１４との間の相互作用（磁界共鳴等）により受電コイル１４に非接触で伝送される。送電コイル９及び受電コイル１４は、例えば、共鳴給電方式の場合は、共鳴コイルとして機能するように駆動される。伝送された電力は、受電コイル１４から電磁誘導によりループコイル１５へ伝送され、充電回路１６により整流されて充電池１７に供給される。

なお、上記の形態は一例であり、送受電コイルの両方或いは片方を、ループコイルを介さずに直接高周波電力ドライバー（送電部）や充電回路（受電部）につなげることも可能である。また送受電コイルは、コイル単独で自己共振状態を取る場合も、コイルにコンデンサーを付けた状態で共振状態を取ることも可能である。

送電通信部４及び受電通信部７の間では、ＲＬＳＡ１２、１８を介したミリ波帯通信制御部１３、１９間でのミリ波帯通信による認証動作を行う。送電制御部５は、この認証動作が適正に行われた後に、非接触電力伝送を行うように制御する。認証動作には、例えば、非圧縮の画像データが情報源として用いられる。

図２Ａは、上記非接触電力伝送システムを構成する送電装置１の回路構成を示すブロック図である。送電部３（図１）に含まれる高周波電力ドライバー１１は、高周波電力作成部２０、電力波形成形部２１からなる。高周波電力作成部２０は、商用ＡＣラインから適切な電力を作るためのＡＤ、ＤＤコンバーター２２、アンプ回路２３、高周波電力を得るための発振器（水晶発振器回路）２４、及び高周波スイッチング回路２５からなる。電力波形成形部２１は、インピーダンスマッチングのための整合器２６、及びスイッチング回路２５から出てくる高調波を取り除くためのフィルター２７からなる。また、送電通信部４は、上述のとおり、ＲＬＳＡ１２を介した認証動作のために設けられるが、一般的な情報伝送のための通信機能が、認証動作にも兼用される構成としてもよい。

図２Ｂは、受電装置２の回路構成を示すブロック図である。受電部６（図１）に含まれる充電回路１６は、電力波形成形部３０、電圧適正化部３１、及び充電部３２からなる。電力波形成形部３０は、インピーダンスマッチングのための整合器３３からなる。電圧適正化部３１は、高周波電力をロスができるだけ生じないように整流する整流器３４、及び続く回路に対して適正な電圧にするためのＤＤコンバーター３５からなる。充電部３２は、図１における充電回路１６及び充電池１７を含み、更に、負荷となる充電池１７に適切な電力が加わるように機能する保護回路３６を含んで構成される。また、受電通信部７は、上述のとおり、ＲＬＳＡ１８を介した認証動作のために設けられるが、一般的な情報伝送のための通信機能が、認証動作にも兼用される構成としてもよい。

図２Ｃは、送電通信部４及び受電通信部７の回路構成を示すブロック図である。図に模式的に示すように、送電通信部４及び受電通信部７は、いずれも同様に構成され、システム部４０、４５、ベースバンド部４１、４４、及びフロントエンド回路部４２、４３を有する。

フロントエンド回路部４２、４３は、信号増幅回路、アッテネータ、帯域制限フィルターなどを含み、導波管などを介してＲＬＳＡ１２、１８に連結され、適切なミリ波帯通信を実行できるように構成される。ベースバンド部４１、４４は変調復調などを担い、フロントエンド回路部４２、４３に連結されている。システム部４０、４５はベースバンド部４１、４４に接続され、認証や画像伝送のためのミリ波帯システムを構築している。ここで、元の画像信号をミリ波帯６０ＧＨｚまでアップコンバートしたり、逆にミリ波信号を画像信号の周波数にダウンコンバートするためには、例えばスーパーヘテロダイン方式を用いる。

以上のように、本実施の形態の非接触電力伝送システムでは、送電制御部５は、送電通信部４と受電通信部７の間で認証動作が適正に行われた後に、非接触電力伝送を行うように制御する。認証動作は、ミリ波帯アンテナを介したミリ波帯通信で行われるので、高い指向性を持ち、限定された範囲においてのみ通信可能である。従って、認証動作に伴う通信を、最小限の期間で、不要な領域への電磁波の放射を抑制して、簡素な構成で実行可能となる。

また、ミリ波帯を情報伝送用に用いるため、電力伝送用の周波数と干渉することはほとんどない。しかも、ミリ波自体は世界各国で免許不要で活用できる周波数帯であるため、使用に際しての自由度は広く、情報伝送の際に行うＩＤ認証に対しても設計自由度は大きい。更に、ミリ波帯アンテナとしてＲＬＳＡ１２、１８を用いることにより、ＲＬＳＡ自身の持つ高い指向性により、通信対象を、意図する受電通信部７に確実に制限することができる。

更に、送電通信部２のＲＬＳＡ１２と受電通信部７のＲＬＳＡ１８は、互いに異なる方向の偏向特性を持つ構成とすることが望ましい。例えば、送電通信部２では右旋性、受電通信部７では左旋性、或いは逆に、送電通信部２では左旋性、受電通信部７では右旋性を持つように構成する。それにより、ミリ波が届く範囲においても、送受電で偏向方向が合わなければ、通信が不能となり、特定の相手を選択することが容易となる。つまり、送電通信部２と受電通信部７の組合わせは、右旋性左旋性の1対で無くては情報の受け渡しができないため、例えば送電装置同士で電力伝送が行われるという危険性は無くなる。

図３に、本実施の形態で用いるミリ波帯アンテナであるＲＬＳＡ１２（１８も同様）の具体例を、模式的示す。ＲＬＳＡ１２は、導電ベース部５１に形成された円盤状の凹部内に、円盤状のアンテナ本体５２が装着された構造を有する。アンテナ本体５２の内部は誘電体基板で構成され、その表面が導電層で被覆された形態を有する。アンテナ本体５２の上面には放射スロツト５３が、円盤の中心部から同心円状に配列されている。放射スロツト５３は、導電層を欠如させ誘電体を露出させたパターンとして設けられ、電磁波を放射、あるいは入射させるための放射面を形成する。図示は省略するが、放射面の裏面には、給電用スロットが設けられている。

放射スロツト５３は、一対（スロットペア）を一組として、多数組のスロットペアが、円盤の中心部から同心円状に配列されている。この構造においては、中心部から放射状に伝播する導波管モードで電磁波が伝播する。その伝播途中の放射スロット５３から、電磁波を放射させるように構成されている。また、放射スロツト５３から入射する電磁波が、アンテナ本体５２中を伝搬して給電用スロットから取り出される。放射スロット５３は伝播波長間隔で設けられており、位相合成により放射面内で同一位相が保たれるように設計される。

以下に、ＲＬＳＡ１２の作製方法に関し、概略を記載する。

（１）まず、シクロオレフィンポリマー樹脂で構成される平板基板（厚さ１．２ｍｍ、直径６０ｍｍ）と、放射用スロットのパターンに対応する凹部を有する金型と、給電用スロットのパターンに対応する凹部を有する金型とを用意する。

（２）次に平板基板と金型とを密着させ、熱ナノインプリント装置により放射用、給電用スロットを基板上に転写させる。右旋性と左旋性の２種類のパターンを作製する。

（３）ワーク表面に対して導体膜を形成する装置として、スパッタリング装置を用いる。スパッタリング装置は、ターゲット材料として９９．９９％の純銅を用い、プロセスガスとしては高純度アルゴンガスを用い、膜厚が１μｍの銅で構成される導体膜を形成する。

（４）次に、放射用スロットパターン及び給電用スロットパターンの凸部に付着した導体膜をスクライバーで取り除く。続いて、スパッタリング法により、ターゲットとしては９９．９９％のシリコンを用い、窒素ガスとアルゴンガスを共に導入し、銅膜の保護膜として厚さ１０ｎｍ程度の窒化シリコンを構成する。

図４Ａに、上記プロセスにより作製した図３の構成を有するＲＬＳＡの利得性能を、図４Ｂに、指向性利得特性を示す。図４Ａに示される結果から、ミリ波帯６２．７ＧＨｚを中心に３１．５ｄＢｉの利得が有ることが判る。また、図４Ａに示される結果から、利得のトップ値から−３ｄＢを指向性とすると、約６度の範囲が有ることが判る。但しこの範囲は、認証にとっては最低限の利得が取れれば良いため、システム要件次第でその範囲は変わる（大きくなる）。

次に、図５を参照して、図１の非接触電力伝送システムを含むミリ波帯通信システムの動作について説明する。図５は、同ミリ波帯通信システムの動作を示すフローチャートである。このミリ波帯通信システムは、図１における送電通信部４及び受電通信部７による、例えば大容量の画像データ送受信のような一般的な情報伝送を、通信の主たる機能として構成されたものである。これに対して、送電装置１と受電装置２からなる非接触電力伝送システムが付随して構成されている。従って、送電通信部４及び受電通信部７は、主たる機能の他に、電力伝送を行う際に送受電装置間で行う認証機能に兼用できるように構成される。

まず、システム電源がＯＮとなると（ステップＳ１）、画像伝送モードか否かが判断される（ステップＳ２）。すなわち、システムの動作モードとして、ミリ波帯による画像伝送とともにそれ以外の周波数帯での非接触電力伝送を併せて行う画像伝送モードと、非接触電力伝送のみ行う電力伝送モードの２種類が設定されている。

画像伝送モードの場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）は、ステップＳ３に移行して、送電装置１から、画像送信と非接触電力伝送のための認証コードを送信し、その受信状況の如何を判断する。すなわち、ミリ波Ｒｘの画像受信の有無を判断し（ステップＳ４）、またミリ波Ｒｘの認証コード受信の有無を判断する（ステップＳ５）。

ミリ波Ｒｘの画像受信が無ければ、ステップＳ３に戻る。またステップＳ５でミリ波Ｒｘの認証コード受信が確立されなければ（Ｎｏ）、ステップＳ３に戻る。ステップＳ５で受信が確立されれば（Ｙｅｓ）、電力伝送を開始する（ステップＳ６）。次に受電装置２で、電力送受電量が十分か否か判断し（ステップＳ７）、不足で有れば（Ｎｏ）、受電不良信号を出力する（ステップＳ８）。すなわち、その状態が分かるように信号を発する。例えばＬＥＤを点滅させる、あるいはＬＥＤ色を変化させる、等によって、ユーザーが目視で判断できるようにする。それに応じて、送電装置１からの電力伝送を調整する（ステップＳ６）。

電力送受電量が十分であり（ステップＳ７；Ｙｅｓ）、ミリ波Ｒｘの画像受信が有れば（ステップＳ４；Ｙｅｓ）、システム正常動作完了（ステップＳ９）となる。

一方、電力伝送モードの場合（ステップＳ２；Ｎｏ）は、ステップＳ１０に移行して、送電装置１から、非接触電力伝送のための認証コードを送信し、その受信状況の如何を判断する。すなわち、ミリ波Ｒｘの認証コード受信の有無を判断する（ステップＳ１１）。以降のステップＳ１２〜ステップＳ１４の動作は、画像伝送モードの場合のステップＳ６〜ステップＳ８と同様である。すなわち、非接触電力伝送の受電量が十分か否かを判断し、その判断結果に応じた動作が行われる。

電力伝送モードの場合は特に、２次電池を搭載したハンディタイプの装置にとってその必要性が有る。すなわち、画像伝送が必要で無い時の待機状態で、組み込んだ２次電池に充電しておく。それにより、例えば非接触での電力伝送がうまくいかない場合でも、充電済みの２次電池から電力を供給することができる。

次に、上記構成の非接触電力伝送システムの送電通信部４と受電通信部７間での、障害に対する許容度について説明する。まず、送電通信部４と受電通信部７のＲＬＳＡ１２、１８間に角度のずれがある場合の、装置の動作について実験した結果について説明する。

上述のように作製したΦ６０のＲＬＳＡ送受信アンテナが正確に対向位置となるように設置した。またミリ波帯通信制御部１３に、別に用意したカメラ（不図示）からの出力信号を供給し、ミリ波帯通信制御部１９の受信信号をモニター（不図示）に入力した。次に、ＲＬＳＡ１２、１８の角度を変えていき、上記モニターで適正に画像が映るか否かを確認した。ＲＬＳＡ１２、１８間に角度のずれが有る場合の状態を、図６に模式的に示す。

画像が映る角度を調べたところ、約±３度の範囲で画像が適正に映ることを確認した。また、画像は適正には映らなくなったが、約±５度の範囲で認証機能動作は働くことを確認した。この範囲では非接触電力伝送機能は動作し、それ以外の範囲では停止することを確認した。

また、上記構成の非接触電力伝送システムの送電通信部４と受電通信部７のＲＬＳＡ１２、１８間に遮光板が有る場合について実験した結果について説明する。図７に模式的に示すように、ＲＬＳＡ１２、１８間に遮光板５４（アンテナ間に異物が入った場合に相当）が入った状態を設定した。この場合、上述のずれが有る場合とおよそ同じような動作を確認した。即ちＲＬＳＡ１２、１８から遮光板５４への見込み角が±５度以内であれば、認証動作が正常に動作した。

ここでＲＬＳＡの直径と指向性は、およそ反比例の関係、直径と利得はおよそ比例の関係にあるので、仕様毎に最適化することが好ましい。例えば、より強い指向性を利用して動作範囲を限定しながらより高品質な大容量伝送する場合には、比較的大きめのＲＬＳＡを用いる。逆に、大容量の伝送よりも動作範囲を拡げたい場合には、比較的小さめのＲＬＳＡを用いることによりやや弱い指向性にする。

なお、ＲＬＳＡを介しての認証がうまくいっても、例えば送受電装置間の距離が離れているために、非接触で行われる電力伝送量が十分でない場合も発生する。例えば本実施の形態に基づく一例の非接触電力伝送で、１００ｍｍ□の共振コイルを用いたが、この場合、送受電装置間の距離が約１００ｍｍで十分な電力伝送が出来なくなった。この場合は図５に示したフローチャートに従い、アラームが発せられる。若しくは別な手段として、電力伝送量が十分でない場合は画像のモニター出力を中止することにより、電力伝送が不良で有ることを目視で明らかにすることができる。

ミリ波帯の通信とメガヘルツ帯の非接触給電を比較した場合、アンテナやコイルサイズ次第で一概には言えないものの、以下のようになる。すなわち、前者の場合、距離的には数ｍの範囲では信号劣化が無く、５度〜１０度の角度でしか信号伝達できないという強い指向性を示す。これに対して、後者の場合、距離的には数十ｃｍから１ｍ以内で指向性はほとんど無いという特徴が有る。また距離が近すぎてもうまく電力伝送ができないという特徴も有る。

即ち、ミリ波帯の通信ができるということは、送信(電)装置と受信(電)装置がほぼ対向位置に有るということに相当する。ミリ波帯の通信ができるにもかかわらず電力伝送ができない状態は、送信(電)装置と受信(電)装置が遠すぎたり、近すぎた場合に相当する。このことから、ミリ波帯の通信状況を利用して積極的に電力伝送系のマッチング状態を変化させて、より遠距離、近接距離においても電力伝送ができるようにすることも可能である。

本発明によれば、装置間干渉を回避するための認証動作を、最小限の通信により、不要な領域への電磁波の放射を抑制して行うことが可能であり、複数受電対象が存在する領域においても、適切な受電対象に非接触で充電できるため、例えば医療現場などに用いる機器に有用である。

１ 送電装置
２ 受電装置
３ 送電部
４ 送電通信部
５ 送電制御部
６ 受電部
７ 受電通信部
８ 受電制御部
９ 送電コイル
１０、１５ ループコイル
１１ 高周波電力ドライバー
１２、１８ ＲＬＳＡ
１３、１９ ミリ波帯通信制御部
１４ 受電コイル
１６ 充電回路
１７ 充電池
２０ 高周波電力作成部
２１ 電力波形成形部
２２ ＡＤ、ＤＤコンバーター
２３ アンプ回路
２４ 発振器
２５ 高周波スイッチング回路
２６、３３ 整合器
２７ フィルター
３０ 電力波形成形部
３１ 電圧適正化部
３２ 充電部
３４ 整流器
３５ ＤＤコンバーター
３６ 保護回路
４０、４５ システム部
４１、４４ ベースバンド部
４２、４３ フロントエンド回路部
５１ 導電ベース部
５２ アンテナ本体
５３ 放射スロツト
５４ 遮光板

Claims (6)

1. 送電コイルを用いて構成された送電部、及び送電通信部を有する送電装置と、
   受電コイルを用いて構成された受電部、及び受電通信部を有する受電装置とを備え、
   前記送電コイルと前記受電コイルの間の作用を介して前記送電装置から前記受電装置への非接触電力伝送を行うとともに、前記送電通信部と前記受電通信部との間で通信を行うように構成された非接触電力伝送システムにおいて、
   前記送電通信部及び前記受電通信部はそれぞれ、ミリ波帯で動作するミリ波帯アンテナ及び前記ミリ波帯で動作するミリ波帯通信制御部を備え、
   前記ミリ波帯アンテナを介した前記ミリ波帯通信制御部間での通信による認証動作が適正に行われた後に、前記非接触電力伝送を行うように構成されたことを特徴とする非接触電力伝送システム。
2. 前記ミリ波帯アンテナはＲＬＳＡ（ラジアルスロットラインアンテナ）である請求項１に記載の非接触電力伝送システム。
3. 前記送電通信部の前記ＲＬＳＡと前記受電通信部の前記ＲＬＳＡは、互いに異なる方向の円偏向特性を持つ請求項２に記載の非接触電力伝送システム。
4. 前記ミリ波帯通信制御部間での通信による認証動作には、非圧縮の画像データが情報源として用いられる請求項１〜３のいずれか１項に記載の非接触電力伝送システム。
5. 前記送電通信部及び前記受電通信部は、一般的な情報伝送のための通信機能を、前記認証動作にも兼用するように構成されたものである請求項１〜４のいずれか１項に記載の非接触電力伝送システム。
6. 送電コイルを有する送電装置から受電コイルを有する受電装置へ、前記送電コイルと前記受電コイルの間の作用を介して非接触の電力伝送を行う非接触電力伝送方法において、
   前記送電装置と前記受電装置との間で、ミリ波帯で動作するミリ波帯アンテナを介したミリ波帯通信による認証動作を行い、
   前記認証動作が適正に行われた後に、前記非接触の電力伝送を行うことを特徴とする非接触電力伝送方法。

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