JP2012080521A - 送電装置および無線電力伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】電力伝送中に通信が行われている場合でも安定した無線電力伝送を維持する。
【解決手段】送電装置５０は、電力を無線で伝送する無線電力伝送システムにおいて用いられる。送電装置５０は、電力を送出する電力伝送部５１と、受電装置６０との間で電力の伝送を制御するための情報を通信する通信部５２と、通信部５２が通信を行うとき、電力伝送部５１が送出する電力を大きくするように、電力伝送部５１を制御する制御部５３とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力を無線で伝送する送電装置および無線電力伝送システムに関する。

従来のオーディオ装置では、オーディオ信号を生成するオーディオ信号ソースと、電気信号であるオーディオ信号を空気の振動に変換し、音波として再生するスピーカとは、ケーブルで接続されており、オーディオ信号は、ケーブルを介してスピーカまで伝達される。しかし、オーディオ装置の設置環境や利便性、見た目など、さまざまな理由から、オーディオ信号ソースとスピーカとを接続するケーブルをなくすことが望ましいこともある。このような要求にこたえるため、オーディオ信号ソースが発生するオーディオ信号を、無線通信を用いてワイヤレスでスピーカに伝送するワイヤレススピーカ装置がある。

図１７は、ワイヤレススピーカ装置の一般的な構成を示す図である。ワイヤレススピーカ装置１は、送信機１０と受信機２０とを備える。送信機１０は、コンセントまたはバッテリから電力を受け取る電源部１４と、オーディオ信号ソース１１と、無線変調部１２と、送信アンテナ１３とを備えている。送信機１０が備える無線変調部１２は、無線通信に使う周波数の搬送波を発生し、その搬送波をオーディオ信号ソース１１が発生するオーディオ信号で変調する。送信機１０は、オーディオ信号で変調された搬送波を、送信アンテナ１３を介して受信機２０へ送信する。

受信機２０は、電源部２５と、無線復調部２２と、オーディオ信号増幅部２３と、スピーカ２４とを備えている。受信機２０は、まず、受信アンテナ２１で受信した無線信号を無線復調部２２で検波・復調することにより、オーディオ信号を取り出す。そして、取り出したオーディオ信号をオーディオ信号増幅部２３でスピーカ２４を駆動するのに十分な電圧にまで増幅した後、スピーカ２４に入力する。

このようなワイヤレススピーカ装置を用いることにより、オーディオ信号ソースとスピーカとを接続するケーブルをなくすことが可能となる。その結果、オーディオ装置の設置自由度が向上し、見た目も良くなる。

しかし、図１７に示すように、ワイヤレススピーカ装置１の受信機２０には、受信信号の検波および復調を行う無線復調部２２、および復調したオーディオ信号を増幅するためのオーディオ信号増幅部２３に電力を供給するために、電源部２５が必要となる。そのため、受信機２０を交流電源に接続するか、あるいは受信機２０にバッテリを内蔵させる必要がある。受信機２０を交流電源に接続する場合は、壁のコンセントと受信機とを接続する電源ケーブルが必要となり、オーディオ装置の設置自由度が低下し、見た目も悪くなる。また、バッテリを内蔵させる場合は、バッテリが消耗する都度、バッテリを交換または充電しなければならないという問題がある。

このような問題を解決する技術として、電力およびオーディオ信号を無線で伝送する装置が、例えば特許文献１および特許文献２に開示されている。

特許文献１に開示された送信機は、伝送するオーディオ信号の一部を整流して送信機内の無線変調部に電力として供給し、無線変調部が生成した搬送波を、残りのオーディオ信号で変調する。また、受信機は、受信した無線信号を検出および復調する無線復調部に、検波・復調により得られた信号電圧の一部を電力として供給することによって無線復調部を駆動する。このような構成により、送信機から出力されたオーディオ信号を、ケーブルを用いずに受信機に伝送することができる。

また、特許文献２に開示されているワイヤレススピーカ装置は、送信機が備える送信アンテナからオーディオ信号により振幅変調された搬送波を、後述する磁気共鳴型（共振磁界結合型）の方式で伝送する。受信機は、受信アンテナに発生する交流電圧より、静電型スピーカを駆動する交流電圧および直流電圧を得る。このような構成により、バッテリなどの電源が不要なワイヤレススピーカ装置を提供することができる。

無線で電力を伝送する試みは、上記のワイヤレススピーカのみならず、様々な電気機器で行われている。例えば、電動シェーバーや電動歯ブラシなどの用途において、電磁誘導の原理を用いた無線電力伝送方式（以下、「電磁誘導方式」）を採用した製品が商品化されている。電磁誘導方式による無線電力伝送は、例えば特許文献３に開示されている。

また、電磁誘導方式よりも伝送距離を伸ばすことが可能であり、送電機器および受電機器の設置位置の自由度をさらに高めることが可能な方式として、電磁界の共振現象を用いた無線電力伝送方式が知られている。磁気共鳴方式または共振磁界結合方式等と呼ばれるこの方式は、現在、研究、開発が進められており、無線電力伝送の適用範囲の更なる拡大が見込まれている。磁気共鳴方式による無線電力伝送は、例えば特許文献４に詳しく開示されている。

磁気共鳴方式では、送電機器および受電機器は、ともに共振器を備えている。送電機器の共振器（送電側共振器）の共振周波数と受電機器の共振器（受電側共振器）の共振周波数とは、互いに一致するように設定されている。これにより、共振現象を利用して送電側共振器から受電側共振器へ電力が伝送される。

無線電力伝送の効率は、一般に送電側共振器および受電側共振器の間の結合係数ｋと共振器のＱ値（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｆａｃｔｏｒ）との積であるｋＱに比例する。磁気共鳴方式では、一般にＱ値が数千のオーダの共振器が用いられる。これにより、結合係数ｋが小さい場合、例えば、送電機器と受電機器との間の距離が長い場合や、送電側および受電側共振器のコイルの軸が互いにずれている場合であっても、比較的高い電力伝送効率を維持することができる。

特開２００５−１１７６６４号公報 特開２００９−１５３０５６号公報 特開２００８−２０６２３３号公報 米国特許出願公開第２０１０／０１４１０４２号明細書 米国特許出願公開第２０１０／０１８１９６１号明細書 米国特許出願公開第２０１０／０２０１３１０号明細書

無線で電力を伝送する場合、受電機の存在確認や送受電機器間の認証、電力伝送の開始・終了の制御、負荷の変動や送受電機器間の距離の変化による電力伝送効率の変化の通知などを行うために、送電機と受電機とは、無線通信部を介して通信を行う必要がある。このような電力伝送の制御のための通信は、例えば特許文献３、５、６に開示されている。

一例として、オーディオ信号を電力に重畳して伝送する無線電力伝送システムにおける電力伝送制御のための通信を考える。この場合、送電機は、電力伝送中に、受電機の状態を確認するための要求信号を無線通信部から送信する。受電機は、要求信号に対する応答を、受電機に備える無線通信部から送信する。このとき、受電機は、送電機から伝送された信号を受信し、応答信号を送信するために無線通信部を駆動する必要がある。そのため、送電機から伝送されたオーディオ信号の一部は、直流電力に変換され、無線通信部に電力として供給される。その結果、スピーカへ供給される電力は、無線通信部を駆動しない場合に比べて減少する。すなわち、要求信号の受信の有無によって、スピーカから再生されるオーディオ信号の音量が変化してしまうという課題がある。

この課題は、スピーカへオーディオ信号を伝送する無線電力伝送システムに限らず、他の無線電力伝送システムにおいても同様に発生し得る。例えば、テレビ受像機のリモコン等に搭載された液晶表示部に本体から無線で電力および番組情報が伝送されるようなシステムにおいても、送電機器と受電機器との間で通信が行われ得る。このようなシステムにおいて、通信が行われている間は伝送される電力が減少するため、液晶表示部の輝度が低下する等の問題が生じ得る。あるいは、音声や映像等の情報を伝送せず、電力だけを伝送するシステムにおいても、送電機と受電機との間で伝送制御のための通信が行われると、安定した電力伝送が維持できないという問題が生じ得る。

本発明は、以上の課題に対し、送電機器と受電機器との間で通信が行われる場合でも、安定した無線電力伝送を維持することを目的とする。

本発明による送電装置は、送電装置から受電装置へ電力を無線で伝送する無線電力伝送システムにおいて用いられる。送電装置は、電力を送出する電力伝送部と、前記受電装置との間で電力の伝送を制御するための情報を通信する通信部と、前記通信部が通信を行うとき、送出する電力を前記通信部が通信を行わないときよりも大きくするように前記電力伝送部を制御する制御部と、を備える。

ある実施形態において、前記電力伝送部は、伝送すべき電力をパルス列に変換してから送出し、前記制御部は、前記通信部が通信を行うとき、前記パルス列のパルス幅およびパルス振幅の少なくとも一方を、前記通信部が通信を行わないときよりも大きくするように前記電力伝送部を制御する。

ある実施形態において、前記制御部は、前記通信部が通信を行うとき、前記パルス列のパルス振幅を、前記通信部が通信を行わないときよりも大きくするように前記電力伝送部を制御する。

ある実施形態において、前記制御部は、前記通信部が通信を行うとき、前記パルス列のパルス幅を、前記通信部が通信を行わないときよりも広くするように前記電力伝送部を制御する。

ある実施形態において、前記通信部は、前記受電装置に要求信号を送信することによって前記受電装置と通信を開始し、前記制御部は、前記通信部が前記要求信号を送信するとき、前記パルス列のパルス幅を広くするように指示する信号を、前記電力伝送部に送出する。

ある実施形態において、前記電力伝送部は、パルス幅変調によって前記パルス列を生成する。

ある実施形態において、前記電力伝送部は、伝送すべき電力の波形と三角波とを比較することによってパルス幅変調された前記パルス列を生成し、前記制御部は、前記通信部が通信を行っているか否かによって、前記三角波の振幅または周期を変化させるように前記電力伝送部を制御する。

ある実施形態において、前記制御部は、前記通信部が通信を行っているときは、前記三角波の振幅を相対的に小さくし、前記通信部が通信を行っていないときは、前記三角波の振幅を相対的に大きくするように、前記電力伝送部に指示する。

ある実施形態において、前記制御部は、前記通信部が通信を行っているときは、前記三角波の周期を相対的に長くし、前記通信部が通信を行っていないときは、前記三角波の周期を相対的に短くするように、前記電力伝送部に指示する。

ある実施形態において、送電装置は、信号を出力する信号源をさらに備え、前記電力伝送部は、前記信号源から出力された前記信号をパルス幅変調することによって、前記パルス列を生成する。

ある実施形態において、前記信号はオーディオ信号である。

ある実施形態において、前記電力伝送部は、パルス幅変調によって前記パルス列を出力するパルス幅変調部と、前記パルス幅変調部から出力された前記パルス列に基づいて高周波電力を生成する発振部と、前記発振部によって生成された前記高周波電力を送出するための送電共振器とを備える。前記制御部は、前記パルス幅変調部に制御信号を送ることによって前記電力伝送部を制御する。

本発明による無線電力伝送システムは、送電装置と受電装置とを備えている。前記送電装置は、電力を送出する電力伝送部と、前記受電装置との間で電力の伝送を制御するための情報を通信する送電側通信部と、前記送電側通信部が通信を行うとき、送出する電力を前記通信部が通信を行わないときよりも大きくするように前記電力伝送部を制御する制御部とを有する。前記受電装置は、前記電力伝送部によって送出された前記電力を受け取る受電部と、前記送電側通信部と通信する受電側通信部とを有する。

ある実施形態において、前記電力伝送部は、伝送すべき電力をパルス列に変換してから送出し、前記制御部は、前記通信部が通信を行うとき、前記パルス列のパルス幅およびパルス振幅の少なくとも一方を、前記通信部が通信を行わないときよりも大きくするように前記電力伝送部を制御する。

ある実施形態において、前記送電装置は、信号を出力する信号源をさらに有し、前記電力伝送部は、前記信号源から出力された前記信号をパルス幅変調することによって、前記パルス列を生成し、前記受電装置は、前記受電部が受け取った前記電力から、前記信号を再生する。

本発明によれば、電力伝送中に通信が行われている場合でも、安定した無線電力伝送を維持することが可能となる。

本発明の実施形態における無線電力伝送システムの基本構成を示す図である。 実施形態１における無線電力伝送システム２の構成図である。 パルス幅変調部１０２における第１のパルス幅変調処理の例を示す図である。 パルス幅変調部１０２における第２のパルス幅変調処理の例を示す図である。 第１および第２のパルス幅変調処理における、ＬＰＦ２０４の入力信号および出力信号の例を示す図である。 第１のパルス幅変調処理および第２のパルス幅変調処理における、三角波の振幅とパルス幅との関係を示す図である。 ディジタルオーディオ信号をパルス幅変調するパルス幅変調部１０２ａの構成例を示す図である。 パルス幅変調部１０２ａが行う処理を説明するための図である。 実施形態２における無線電力伝送システム３の構成図である。 パルス幅変調部３０２における第３のパルス幅変調処理の例を示す図である。 パルス幅変調部３０２における第４のパルス幅変調処理の例を示す図である。 第３のパルス幅変調処理および第４のパルス幅変調処理における、ノコギリ波の振幅とパルス幅との関係を示す図である。 実施形態２の変形例における無線電力伝送システム３´の構成図である。 実施形態３における無線電力伝送システム４の構成図である。 第５のパルス幅変調処理および第６のパルス幅変調処理における、三角波の振幅とパルス幅との関係を示す図である。 実施形態４における無線電力伝送システム５の構成図である。 従来のワイヤレススピーカ装置の一般的な構成を示す図である。

本発明の好ましい実施形態を説明する前に、まず、本発明の実施形態における基本構成を説明する。

図１は、本発明の実施形態における無線電力伝送システムの基本構成を示すブロック図である。無線電力伝送システムは、送電装置５０と受電装置６０とを備え、無線で電力を伝送することができる。無線電力伝送システムは、電力伝送中に、電力伝送を制御するための情報の通信を無線で行う。これにより、受電装置６０の存在確認や送受電装置間の認証、電力伝送の開始・終了の制御、負荷の変動や送受電装置間の距離の変化による電力伝送効率の変化の通知などを行うことが可能である。

送電装置５０は、電力を空間に送出する電力伝送部５１と、受電装置６０との間で通信を行う送電側通信部５２と、電力伝送部５１の動作を制御する制御部５３とを備えている。受動装置６０は、電力伝送部５１によって送出された電力の少なくとも一部を受け取る受電部６１と、送電側通信部５２との間で通信を行う受電側通信部６２とを備えている。

送電装置５０における電力伝送部５１は、伝送すべき電力を、例えばパルス列に変換し、当該パルス列に基づく電力を受電装置６０に送出する。これにより、電力のみならず、信号を電力に重畳させて伝送することが可能である。例えば、オーディオ信号を電力に重畳させて伝送する場合、電力伝送部５１は、外部のオーディオ信号源から出力されたオーディオ信号にパルス幅変調を施し、変調パルス列を出力する。

制御部５３は、送電側通信部５２が通信を行っているとき、電力伝送部５１が送出する電力を、通信を行っていないときよりも大きくするように、電力伝送部５１を制御する。これにより、通信が行われているときに受電装置６０に伝送される電力を、通信が行われていないときと比べて増加させることができる。このように制御する理由は、受電装置６０に備えられている負荷で消費される電力の減少を補填するためである。

送電装置５０と受電装置６０との間で通信が行われている間、受電側通信部６２を駆動するために、受電部６１が受け取った電力の一部が受電側通信部６２に供給される。そのため、受電部６１から負荷に供給される電力は減少する。したがって、上記制御が行われない場合、通信が発生する度に受電装置６０の負荷に供給される電力が変化してしまい、安定動作を妨げることになる。

そこで、本発明の実施形態では、制御部５３を設け、通信中に電力伝送部５１が送出する電力を大きくするように電力伝送部５１を制御する。このような制御により、受電部６１に伝送される電力が増加するため、負荷で消費される電力の減少を補填することができる。

電力伝送部５１が送出する電力を大きくする方法としては、例えば、伝送すべき電力をパルス列に変換し、当該パルス列のパルス幅およびパルス振幅の少なくとも一方を大きくすることによって実現され得る。この場合、電力はパルス列の波形の面積に比例するため、パルス幅および／またはパルス振幅を増加させることにより、伝送電力を増加させることができる。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態をより具体的に説明する。

（実施形態１）
まず、本発明の第１の実施形態を説明する。

図２は、本実施形態における無線電力伝送システム２の構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム２は、送電機１００と受電機２００とを備えている。

送電機１００は、オーディオ信号ソース１０１、パルス幅変調部１０２、発振器１０３、共振器１０４、１次コイル１０５、制御部１０６、無線通信部１０７を有している。受電機２００は、２次コイル２０１、共振器２０７、整流器２０２、検波器２０３、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０４、スピーカ２０５、無線通信部２０６を有している。なお、図２では図示されていないが、送電機１００は、交流電源またはバッテリなどの直流電源、あるいは図示されていない他の無線電力伝送システムからの無線電力伝送により給電されている。本実施形態では、パルス幅変調部１０２、発振器１０３、共振器１０４、および１次コイル１０５が、図１に示す電力伝送部５１に相当する。

図２に示す無線電力伝送システム２は、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）によってオーディオ信号を電力に重畳させて伝送する。パルス幅変調は、オーディオ信号の値をパルスの幅に変調して伝送する変調方式であり、２値の振幅レベルでオーディオ信号を伝送できるという特徴がある。そのため、信号増幅の際に増幅器の飽和領域を使用することができるので、回路の小型化・低消費電力化が可能となる。オーディオ信号を重畳した無線電力伝送において、オーディオ信号形式にパルス幅変調を用いることにより、歪の少ない高品質なオーディオ信号伝送を実現できる。

また、無線電力伝送システム２は、受電機２００に電力およびオーディオ信号を伝送する方式として、磁気共鳴型の電力伝送方式を使用する。磁気共鳴型の電力伝送方式によれば、高いＱ値の共振器を用いることにより、結合係数ｋが小さい場合であっても高い効率の伝送が可能である。

無線電力伝送システム２は、パルス幅変調されたオーディオ信号および電力を、１次コイル１０５と２次コイル２０１との間に発生する共振磁場の結合によって伝送する。また、受電機２００の存在確認や送受電機間の認証、電力伝送の開始・終了の制御、負荷の変動や送受電機間の距離の変化による電力伝送効率の変化の通知などを行うために、無線通信部１０７、２０６を介した通信を行う。

以下、送電機１００および受電機２００の各構成要素を説明する。まず、送電機１００の各構成要素を説明する。

オーディオ信号ソース１０１は、アナログまたはディジタルのオーディオ信号を発生させ、パルス幅変調部１０２に送出する回路である。オーディオ信号ソース１０１は、例えば不図示の記録媒体や、電波などの伝送媒体から取得した信号に基づき、オーディオ信号を生成する。

パルス幅変調部１０２は、入力信号に対してパルス幅変調を行い、変調されたパルス列を出力する回路である。より具体的には、入力信号を所定の周期・振幅をもつ三角波と比較することにより、入力信号を、その値に応じて異なる幅をもつパルス列に変換して出力する。

発振器１０３は、高周波発振回路であり、入力信号を高周波（例えば数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ）に変調する回路と、増幅回路とを有している。増幅回路は、例えばＥ級増幅回路であり、高周波に変調されたＰＷＭパルスでトランジスタをスイッチングすることにより、高周波に変調されたパルス列を、電力伝送に必要な電力にまで増幅する。なお、使用する増幅回路の種類は、Ｅ級増幅回路に限らず、トランジスタのスイッチング原理を利用するものであれば他の種類の増幅回路であってもよい。例えば、Ｄ級増幅回路やＦ級増幅回路など、一般にスイッチング増幅器や飽和増幅器と呼ばれる回路を使用することができる。

共振器１０４は、発振器１０３の出力周波数と同一の共振周波数をもつＬＣ共振回路である。共振器１０４は、コイルと容量素子とを有している。コイルは、良好な導電率を有する銅や銀などの導電体から好適に形成され得る。容量素子には、例えばチップ形状、リード形状を有する、あらゆるタイプの素子を利用できる。共振器１０４は、１次コイル１０５を用いて空間に共振周波数と同一の周波数の共振磁場を形成する。

無線通信部１０７は、アンテナ１０７ａを用いて受電機２００と無線通信を行う回路である。無線通信部１０７は、受電機２００に信号を送信するための送信回路と、受電機２００の無線通信部２０６から送られてくる信号を受け取るための受信回路とを備えている。無線通信部１０７は、制御部１０６からの指示によって受電機２００の無線通信部２０６に要求信号を送り、無線通信部２０６から応答信号を受け取る。この通信は、例えば、電力およびオーディオ信号の伝送開始時や伝送終了時、スピーカ２０５が移動した時、受電機２００の負荷が変動した時などに行われ得る。

制御部１０６は、パルス幅変調部１０２および無線通信部１０７を制御する回路である。制御部１０６は、無線通信が必要になると、無線通信部１０７に制御信号を送り、要求信号を送信させる。これと並行して、パルス幅変調部１０２にも制御信号を送り、伝送されるパルス列の幅を変化させる。制御部１０６の詳細な動作については、後述する。

続いて、受電装置２００の各構成要素を説明する。

共振器２０７は、送電側の共振器１０４と同一の共振周波数をもつ共振回路である。共振器２０７は、２次コイル２０１を用いて、１次コイル１０５によって形成された共振磁場からエネルギを受け取る。これにより、無線で電力が伝送される。

整流器２０２は、共振器２０７が受け取った電力を直流電力に変換し、検波器２０３および無線通信部２０６に供給する回路である。これにより、無線通信部２０６が駆動され、検波器２０３にオーディオ信号が重畳された電力が送られる。

検波器２０３は、整流された電力を検波し、パルス列へ復調する回路である。ＬＰＦ２０４は、入力された信号の高周波数帯域成分を除去する低域通過フィルタである。受信パルス列から高周波数帯域成分を取り除くことにより、オーディオ信号が生成される。生成されたオーディオ信号はスピーカ２０５から再生される。

無線通信部２０６は、アンテナ２０６ａを用いて送電機１００と無線通信を行う回路である。無線通信部２０６は、送電機１００に信号を送信するための送信回路と、送電機１００の無線通信部１０７から送られてくる信号を受け取るための受信回路とを備えている。無線通信部２０６は、送電機１００の無線通信部１０７から要求信号を受け取り、無線通信部１０７に応答信号を送る。

以下、本実施形態における無線電力伝送システム２の動作を説明する。

まず、送電機１００と受電機２００との間で無線による通信が行われていない場合における無線電力伝送システム２の動作を説明する。

送電機１００のオーディオ信号ソース１０１は、受電機２００のスピーカ２０５で再生するオーディオ信号をパルス幅変調部１０２に出力する。パルス幅変調部１０２は、オーディオ信号ソース１０１によって入力されたオーディオ信号をパルス幅変調する。

図３は、オーディオ信号ソース１０１から送られてくるオーディオ信号がアナログ信号の場合のパルス幅変調の例を示す図である。パルス幅変調では、入力されたオーディオ信号３０は、周期が数マイクロ秒（周波数：数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚ）、最大振幅がＡｔｒ１の三角波４１と比較される。比較の結果、三角波４１の値よりもオーディオ信号３０の値の方が大きい期間のみ正の値をもつパルスが出力される。なお、比較は、オーディオ信号の入力がない場合やオーディオ信号の値が０の場合にデューティ比が５０％のパルスが出力されるように行われる。

また、オーディオ信号ソース１０１は、標本化周波数ｆｓ、量子化ビット数ｂｑで表されるディジタルオーディオデータ（パルス符号変調（ＰＣＭ）信号）をパルス幅変調部１０２に出力するように構成されていてもよい。この場合、パルス幅変調部１０２は、ＰＣＭ信号に対し、オーバーサンプリング、ノイズシェイピング（ΔΣ変調）などの信号処理を施した後、三角波との比較を行い、一定振幅のパルス列を出力する。なお、三角波を用いずにディジタル音声信号のレベルに応じてパルス幅を決定する構成を採用してもよい。そのような構成の詳細については、後述する。

以下の説明では、上記のパルス幅変調処理を、「第１のパルス幅変調処理」と呼び、第１のパルス幅変調処理で用いた三角波を「第１の三角波」と呼ぶ。パルス幅変調部１０２は、オーディオ信号に第１のパルス幅変調処理を施すことによって得たパルス列を発振器１０３に送る。

発振器１０３は、数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚの出力周波数で前記パルス列を振幅変調し、電力伝送に必要な電力にまで増幅処理を行う。発振器１０３は、増幅処理を行ったパルス列を共振器１０４に送る。

共振器１０４は、発振器１０３の出力周波数と同一の共振周波数をもつＬＣ共振器から構成されており、一次コイル１０５を使って共振磁場を用いて電力およびオーディオ信号で変調されたパルス列を同時に伝送する。

受電機２００は、２次コイル２０１を介して入力される共振磁場を、上記共振器１０４の共振周波数と同一の共振周波数をもつ共振器２０７で受信し、受信信号を発生する。

整流器２０２は、正の値と負の値を取りうる交流信号である受信信号を整流し、正の値のみを取る受信信号に変換する。このとき得られる受信信号のパルス振幅をＶ１とする。整流器２０２で整流された受信信号は、無線通信部２０６および検波器２０３に送られる。

検波器２０３は、整流された受信信号を検波し、受信パルス列へ復調する。検波器２０３は、受信パルス列をＬＰＦ２０４に送る。ＬＰＦ２０４は、低域通過フィルタであり、入力された受信パルス列から高周波数帯域成分を取り除く。受信パルス列から高周波数帯域成分を取り除くことで、オーディオ信号が生成される。ＬＰＦ２０４は、オーディオ信号をスピーカ２０５に送り、音を再生する。

無線通信部２０６は、整流器２０２から送られてきた受信信号から直流電圧を生成して、回路を駆動するための電力を得る。無線通信部２０６は、送電機１００の無線通信部１０７から送られる要求信号の有無を検出するためにキャリアセンスを継続して行う。

次に、送電機１００が、受電機２００に対し無線通信部１０７を介して要求信号を送信する場合の無線電力伝送システム２の動作を説明する。

要求信号の送信が行われている間も、オーディオ信号ソース１０１からオーディオ信号が出力されており、オーディオ信号は、上記の処理によって受電機２００に伝送されている。

送電機１００における制御部１０６は、要求信号の送信が必要になったら、要求信号の送信を指示する信号（指示信号）をパルス幅変調部１０２および無線通信部１０７に送る。

無線通信部１０７は、制御部１０６からの指示信号を受けると、要求信号を生成する。次に、無線通信部１０７は、要求信号に変調処理を行い、所定の周波数の無線信号に変換した後、無線通信部１０７に備えられているアンテナ１０７ａから当該無線信号を送信する。

パルス幅変調部１０２は、制御部１０６からの指示信号を受けると、パルス幅変調処理を第１のパルス幅変調処理から、比較のための三角波の振幅を小さくした第２のパルス幅変調処理に切り替える。

図４は、第２のパルス幅変調処理の例を示す図である。図４に示すように、第２のパルス幅変調処理は、パルス幅変調部１０２に入力されたオーディオ信号３０と、最大振幅Ａｔｒ２の第２の三角波４２との比較により、パルス列を生成する。すなわち、オーディオ信号３０の値が第２の三角波４２の値より大きい期間のみパルスを出力する。ここで、第１のパルス幅変調処理で用いられる第１の三角波の最大振幅Ａｔｒ１と、第２のパルス幅変調処理で用いられる第２の三角波の最大振幅Ａｔｒ２との関係は、以下の式１で表される。
Ａｔｒ１ ＞ Ａｔｒ２ （式１）

このように三角波４２の振幅を設定することにより、入力されるオーディオ信号の値が同じであっても、出力されるパルス幅の変化量（ダイナミックレンジ）は、第１のパルス幅変調処理より第２のパルス幅変調処理の方が大きくなる。

パルス幅変調部１０２は、第２のパルス幅変調処理によって得たパルス列を発振器１０３に送る。送電機１００における以降の動作は、無線通信を行わない場合と同様であるため、説明を省略する。

受電機２００は、２次コイル２０１を介して入力される共振磁場を、共振器１０４と同一の共振周波数をもつ共振器２０７で受信し、受信信号を発生する。

整流器２０２は、正の値と負の値を取りうる交流信号である受信信号を整流し、正の値のみを取る受信信号に変換する。このとき得られる受信信号のパルス振幅をＶ２とする。また、整流器２０２で整流された受信信号は、無線通信部２０６および検波器２０３に送られる。

無線通信部２０６は、無線通信部１０７が送信した要求信号をキャリアセンスにより検出すると、受信回路を駆動し、要求信号の検波・復調・デコード処理を行う。次に無線通信部２０６は、要求信号に対する応答信号を生成する。その後、無線通信部２０６は、送信回路を駆動し、応答信号に変調処理を行い、所定の周波数の無線信号に変換した後、アンテナ２０６ａから送信する。このとき、無線通信部２０６は、キャリアセンスを行っている状態に比べてより多くの電流を消費するため、無線通信部２０６のインピーダンスが低下する。その結果、送電機１００から見た受電機２００全体のインピーダンスも低下するため、整流器２０２で得られる受信信号のパルス振幅Ｖ２は、無線通信を行っていない場合の受信信号のパルス振幅Ｖ１より小さくなる。したがって、検波器２０３から出力される受信パルス列の各々の変調パルスの振幅も、無線通信が行われていない場合より小さくなる。

振幅の小さくなった受信パルス列は、ＬＰＦ２０４に入力され、オーディオ信号が生成される。このとき、送電機１００のパルス幅変調部１０２は、第２のパルス幅変調処理を行っているため、受信パルス列の各々の変調パルスのパルス幅の変化量は大きくなっている。そのため、ＬＦＰ２０４から出力されるオーディオ信号の振幅は、各々の変調パルスの振幅が小さくなっていても、無線通信が行われていない場合と同じになり、スピーカ２０５から再生される音の音量は変化しない。

図５は、第１のパルス幅変調処理が行われている場合と、第２のパルス幅変調処理が行われている場合とで、ＬＰＦ２０４から出力されるオーディオ信号のレベルが変わらないことを示す図である。低域通過フィルタであるＬＰＦ２０４は、積分器で構成されるため、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、入力される変調パルスの振幅が小さくなっていても、その分パルス幅を大きくすることによって、変調パルスの面積が一定になるようにしていれば、積分器の出力は同一になる。

送電機１００の無線通信部１０７は、要求信号に対する応答信号を受信したら、応答信号の内容を制御部１０６に送る。制御部１０６は、無線通信の終了を示す信号をパルス幅変調部１０２および無線通信部１０７に送る。パルス幅変調部１０２は、無線通信の終了を示す信号を受け取ったら、パルス幅変調処理を第２のパルス幅変調処理から、第１のパルス幅変調処理に切り替える。また、無線通信部１０７は、動作を停止するか、スリープモードなどの消費電力の少ない状態になる。

なお、制御部１０６は、上記のように第２のパルス幅変調処理を行う期間の開始と終了とを指示する信号を出力するとしたが、このような態様に限るものではない。例えば、制御部１０６は、指示信号を第２のパルス幅変調処理を行う必要がある期間中継続して送信してもよい。この場合、パルス幅変調部１０２は制御部１０６からの指示信号を受信している期間のみ第２のパルス幅変調処理を実施し、受信していない期間は第１のパルス幅変調処理を実施するように動作する。

次に、図６を参照しながら、第１のパルス幅変調処理で用いる第１の三角波の最大振幅Ａｔｒ１と第２のパルス幅変調処理で用いる第２の三角波の最大振幅Ａｔｒ２との関係を説明する。

無線通信部２０６が無線通信を行っている間、無線通信部２０６は送受信回路の駆動、搬送波の発生などを行うため、無線通信を行っていないときよりも多くの電力を必要とする。その結果、無線通信が行われているときの無線通信部２０６のインピーダンスは、無線通信を行っていないときのインピーダンスよりも低くなり、無線通信部２０６に流れる電流ｉｃ２は、無線通信を行っていないときの電流ｉｃ１よりも多くなる。

ここで、オーディオ信号の値がＡａのときの、（ａ）無線通信を行っていない場合、（ｂ）無線通信を行っている場合の変調パルスのパルス幅を、それぞれ第１のパルス幅Ｗｐ１、第２のパルス幅Ｗｐ２とする。（ａ）、（ｂ）のいずれの場合においても、変調パルスの面積Ｓｐを同一にするためには、以下の式２を満足する必要がある。
Ｓｐ＝Ｖ１×Ｗｐ１＝Ｖ２×Ｗｐ２ （式２）
ここで、Ｖ１およびＶ２は、上記のように、それぞれ第１および第２のパルス幅変調処理によって生成されるパルスの振幅である。式２より、Ｗｐ２は、以下の式３で表される。
Ｗｐ２＝（Ｖ１／Ｖ２）Ｗｐ１ （式３）

図６は、この例におけるオーディオ信号３０、第１の三角波４１、および第２の三角波４２の関係を示している。オーディオ信号の値がＡａのときに、（ａ）の場合のパルス幅が第１のパルス幅Ｗｐ１、（ｂ）の場合のパルス幅が第２のパルス幅Ｗｐ２になるための第１の三角波の最大振幅Ａｔｒ１と、第２の三角波の最大振幅Ａｔｒ２との関係は、以下のようにして求められる。なお、簡単のため、オーディオ信号の値Ａａは、標本化区間（三角波の頂点と頂点との間）では一定であるとして計算を行う。

まず、Ａａの値をもつオーディオ信号を第１のパルス幅変調処理でパルス幅変調したときの第１のパルス幅Ｗｐ１を求める。標本化区間をＷｓとすると、第１のパルス幅Ｗｐ１は以下の計算によって求められる。

ここで、原点をＯとして、横軸をｘ軸、縦軸をｙ軸とする。原点Ｏからｘ軸方向にＷｓ／２までの範囲において、第１の三角波４１の傾きは２Ａｔｒ１／（Ｗｓ／２）である。また、第１の三角波４１のｙ軸切片は−Ａｔｒ１である。したがって、原点Ｏからｘ軸方向にＷｓ／２までの範囲において、第１の三角波は次の式４に示す一次方程式で表される。
ｙ=２Ａｔｒ１／（Ｗｓ／２）ｘ−Ａｔｒ１＝（４Ａｔｒ１／Ｗｓ）ｘ−Ａｔｒ１ （式４）

ここで、ｘにＷｐ１／２を、ｙにＡａをそれぞれ代入すると、以下の式５が得られる。式５を変形することにより、式６に示すように、第１のパルス幅変調処理でパルス幅変調したときの第１のパルス幅Ｗｐ１が求められる。
Ａａ＝（４Ａｔｒ１／Ｗｓ）×Ｗｐ１／２−Ａｔｒ１ （式５）
Ｗｐ１＝Ｗｓ（Ａａ＋Ａｔｒ１）／２Ａｔｒ１ （式６）

同様に、第２のパルス幅変調処理でパルス幅変調したときの第２のパルス幅Ｗｐ２は、以下のようにして求められる。まず、ｘにＷｐ２／２を、ｙにＡａをそれぞれ代入すると、以下の式７が得られる。式７を変形することにより、式９に示すように、Ｗｐ２が求められる。
Ａａ＝（４Ａｔｒ２／Ｗｓ）×Ｗｐ２／２−Ａｔｒ２ （式７）
Ｗｐ２＝Ｗｓ（Ａａ＋Ａｔｒ２）／２Ａｔｒ２ （式８）

次に、式６、式８を式３に代入すると、以下の式９が得られる。
Ｗｓ（Ａａ＋Ａｔｒ２）／２Ａｔｒ２＝（Ｖ１／Ｖ２）×Ｗｓ（Ａａ＋Ａｔｒ１）／２Ａｔｒ１ （式９）

式９から、第１の三角波の最大振幅Ａｔｒ１と、第２の三角波の最大振幅Ａｔｒ２との関係が、以下の式１０に示すように導かれる。
Ａｔｒ２＝Ａａ×Ａｔｒ１／｛（Ｖ−１）×Ａｔｒ１＋Ａａ×Ｖ｝ （式１０）
ここで、ＶはＶ１／Ｖ２を表す。式１０より、第２のパルス幅変調処理で用いられる第２の三角波の最大振幅Ａｔｒ２は、パルス幅変調を行う時点のオーディオ信号の振幅Ａａと、第１のパルス幅変調処理で用いられる第１の三角波の最大振幅Ａｔｒ１と、無線通信を行っていないときの受信信号のパルス振幅Ｖ１および無線通信を行っているときの受信信号のパルス振幅Ｖ２の比Ｖとから求めることができる。

ここで、無線通信を行っていない場合の受信信号のパルス振幅Ｖ１と、無線通信を行っている場合の受信信号のパルス振幅Ｖ２との比Ｖは、無線電力伝送システム２を設計する段階で予め計測しておくことが可能である。その値から式１０を用いて第１のパルス幅変調処理で用いる第１の三角波の最大振幅Ａｔｒ１と、第２のパルス幅変調処理で用いる第２の三角波の最大振幅Ａｔｒ２とが求められる。このようにＡｔｒ１およびＡｔｒ２を設定することにより、無線通信の実施の有無によらずスピーカ２０５から再生される音の音量を一定に保つことができる。

このように、本実施形態における無線電力伝送システム２は、送電機１００の無線通信部１０７と受電機２００の無線通信部２０６とが無線通信を行う期間のみ、パルス幅変調処理を切り替え、パルス幅変調部１０２により出力されるパルス列のパルス幅を増減させる。このようにすることで、無線通信の実施の有無により、受信装置２００の整流器２０２から検波器２０３と無線通信部２０６とに分配される受信信号の分配比率を変化させることができる。これにより、検波器２０３に分配される受信信号のパルス振幅が変化しても、それを相殺するようにパルス幅を増減し、各々の変調パルスの面積を一定に保つことができる。その結果、スピーカ２０５から再生される音の音量を一定に保つことができる。

また、無線電力伝送システム２は、送電機１００に制御部１０６を備えることにより、パルス幅変調処理を切り替えてパルス幅変調部１０２により出力されるパルス列のパルス幅の変動量を変化させるタイミングと、無線通信部１０７から要求信号を送信するタイミングとを同期させることができる。この結果、送電機１００から離れた位置にある受電機２００における電力消費状態の変化に対応するための制御を、受電機２００からのフィードバックなしに送電機１００のみで実施することが可能である。

なお、本実施形態における送電機１００の無線通信部１０７および受電機２００の無線通信部２０６は、電力伝送を行う周波数とは異なる周波数の搬送波を用いて無線通信を行うとしたが、このような構成に限るものではない。例えば、電力伝送を行う搬送波を用いて無線通信を行う構成であってもよい。この場合でも、無線通信が行われている期間、受電機２００は要求信号の受信や応答信号を送信するための回路を駆動することにより、受信信号のパルス振幅を減少させ、スピーカ２０５から再生される音の音量を減少させる。よって、この場合でも、本実施形態におけるパルス幅変調処理を適用すれば、スピーカ２０５から再生される音の音量を一定に保つことができる。

なお、本実施形態における無線電力伝送システム２において、パルス幅変調部１０２は、制御部１０６からの無線通信の有無を示す信号に基づいて、第１のパルス幅変調処理と第２のパルス幅変調処理とを切り替えるが、必ずしもこのような構成である必要はない。パルス幅変調処理の切り替えは、二段階であることに限定されるものではなく、三段階以上のパルス幅変調処理を切り替える構成を採用してもよい。パルス幅変調処理を三段階以上切り換えることにより、パルス幅の増減量の変化を緩やかすることが可能となる。このような構成は、例えば無線通信部２０６の消費電流の変化に過渡応答がある場合などにスピーカ２０５から再生される音量の変化を抑えることができる。また、三角波の振幅を急激に変化させると、その変化点において、パルス幅変調部１０２により出力される変調パルスの正の値（Ｈｉｇｈ）の区間とゼロ（Ｌｏｗ）の区間との割合が、オーディオ信号の値を正しく反映しない可能性がある。すなわち、雑音が発生する可能性がある。三角波の振幅を多段階に変化させることにより、そのような雑音を回避することができる。

また、通常、無線通信部２０６は、受信処理を行っている場合の消費電力と、送信処理を行っている場合の消費電力とが異なる。このため、パルス幅変調処理を三段階以上にすることにより、送電機１００は、例えば無線通信部２０６が、（１）キャリアセンスを行っているとき、（２）要求信号の受信処理を行っているとき、（３）応答信号の送信処理を行っているときで、それぞれ異なるパルス幅のパルス列を送信することができる。

なお、本実施形態における無線電力伝送システム２は、磁気共鳴型の電力伝送方式を用いるが、この方式に限るものではなく、例えば電界結合型、電磁誘導型、電磁波型、二次元通信型などの電力伝送方式を採用してもよい。これらの電力伝送方式であっても、受電機２００の無線通信部２０６に給電する電力に変化があれば、スピーカ２０５へ供給される電力は変化する。よって、本実施形態における制御を適用することにより、スピーカ２０５から再生される音の音量を一定に保つようにすることができる。

以上の説明では、オーディオ信号ソース１０１がアナログ信号を出力する場合を想定した。オーディオ信号ソース１０１は、上述のように、ディジタル信号であってもよい。また、三角波を用いた比較を行わずにパルス幅を決定することも可能である。以下、オーディオ信号ソース１０１がディジタルオーディオ信号を出力する場合において、三角波を用いずにディジタル音声信号のレベルに応じてパルス幅を決定する構成例を説明する。

図７は、ディジタルオーディオ信号のパルス幅変調を行うパルス幅変調部１０２ａの内部構成例を示すブロック図である。図７に示すように、パルス幅変調部１０２ａは、オーバーサンプリング部１０２０と、ΔΣ変調部１０２４と、パルス出力部１０２９とを備えている。オーバーサンプリング部１０２０は、ゼロ挿入部１０２１と、補完フィルタ部１０２２と、前値ホールド部１０２３とを有している。なお、前値ホールド部１０２３は設けられていなくてもよい。ΔΣ変調部１０２４は、再量子化部１０２５と、パルス幅計算部１０２６と、遅延部１０２７と、乗算部１０２８とを有している。

ここで、ディジタルオーディオ信号は、標本化周波数ｆｓ＝４８ｋＨｚ、量子化ビット数ｂｑ＝１６ビットのＰＣＭ信号であり、１６倍のオーバーサンプリングおよび１次のデルタシグマ変調が行われた後、パルス幅変調が行われる場合を想定する。ＰＣＭ信号は、まずオーバーサンプリング部１０２０におけるゼロ挿入部１０２１に入力される。

図８は、オーバーサンプリング部１０２０による処理を説明するための図である。図８（ａ）は、ゼロ挿入部１０２１に入力されたＰＣＭ信号の例を示している。ここで、標本化周波数ｆｓが４８ｋＨｚであるため、ＰＣＭ信号の標本化周期は、１／ｆｓ≒２０．８μsecである。

ゼロ挿入部１０２１は、図８（ｂ）に示すように、ＰＣＭ信号が入力されると、次のＰＣＭ信号が入力されるまでの間に、１５個の０の値のＰＣＭデータを挿入する（ゼロ挿入処理）。ゼロ挿入部１０２１は、ゼロ挿入処理を行った後のＰＣＭ信号を、補間フィルタ部１０２２に送る。補間フィルタ部１０２２は、ゼロ挿入されたＰＣＭ信号に対して補間フィルタ（または、インターポレーションフィルタ、低域通過フィルタ）処理を行う。その結果、図８（ｃ）に示すように、ゼロ挿入したサンプル点に０ではない値が現れ、２つの４８ｋＨｚのＰＣＭ信号のサンプル点が、７６８ｋＨｚ（＝４８ｋＨｚ×１６）のサンプル点で補間される。前値ホールド部１０２３が設けられている場合、補間フィルタ部１０２２は、補間後のＰＣＭ信号を、前値ホールド部１０２３に送る。前値ホールド部１０２３が設けられていない場合、補間フィルタ部１０２２は、補間後のＰＣＭ信号を、ΔΣ変調部１０２４における再量子化部１０２５に送る。

前値ホールド部１０２３は、補間後のＰＣＭ信号に対して前値ホールド処理を施す。前値ホールド処理を施すことにより、サンプリング周波数をさらに増加させることができる。例えば、ゼロ挿入部１０２１で８倍、前値ホールド部１０２３で４倍のオーバーサンプルをするといったように、オーバーサンプリング処理を分割することができる。その結果、補間フィルタ部１０２２の設計条件が緩和されるといったメリットがある。

ΔΣ変調部１０２４は、オーバーサンプリングされたＰＣＭ信号に対し、ΔΣ変調によるノイズシェイピングを行う。ノイズシェイピングとは、ＰＣＭ信号の振幅レベル数Ｎａ（＝２^bq−１）が、パルス幅の分解能Ｎｐより大きい場合に生じる白色の（周波数依存性のない）再量子化雑音を、有色化して可聴周波数帯域外に集中させるための処理である。ここで、パルス幅の分解能Ｎｐは、パルス幅変調処理を行うプロセッサ（ＬＳＩ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ等）の処理能力に依存する数値である。

ΔΣ変調部１０２４における再量子化部１０２５は、オーバーサンプリング部１０２０から入力されたＰＣＭ信号の再量子化を行う。具体的には、振幅レベル数Ｎａで量子化されているＰＣＭ信号を、パルス幅分解能ＮｐのＰＣＭ値に量子化する（Ｎａ＞Ｎｐ）。再量子化部１０２５は、再量子化したＰＣＭ信号をパルス幅計算部１０２６に送る。パルス幅計算部１０２６は、再量子化部１０２５から送られてきた再量子化されたＰＣＭ信号と、乗算部１０２８から出力されるフィードバック成分との加算（減算）処理を行い、出力するパルスの幅を決定する。パルス幅計算部１０２６は、計算したパルス幅を、遅延部１０２７およびパルス出力部１０２９に送る。

遅延部１０２７は、パルス幅計算部１０２６の出力パルス幅を１パルス分遅延させ、遅延したパルス値を乗算部１０２８に送る。乗算部１０２８は、遅延部１０２７によって遅延したパルス幅に対し、所定の係数を乗算してパルス幅計算部１０２６に出力する。

なお、遅延部１０２７がパルス幅計算部１０２６の出力パルス幅を１パルス分遅延させる構成は、一次のデルタシグマ変調を用いる場合の例である。例えばＮ次のデルタシグマ変調を用いる場合、遅延部１０２７は、１パルス分、２パルス分、・・・Ｎパルス分のパルス幅だけそれぞれ遅延させ、遅延した各パルス値を乗算部１０２８に入力するように構成される。

パルス出力部１０２９は、パルス幅計算部１０２６から送られてきたパルス幅をもつパルスを、発振器１０３に出力する。なお、このとき出力されるパルスの振幅は一定である。

次に、ディジタルオーディオ信号および電力の伝送中に無線通信が行われたときのパルス幅補正処理を説明する。

ディジタルオーディオ信号のパルス幅補正は、ディジタル演算処理によって行われる。ここで、補正前のパルス幅をＷｐｄ１、補正後のパルス幅をＷｐｄ２とする。また、受電機２００における無線通信部２０６が動作しているときのパルス振幅をＡｄ１、無線通信部２０６が動作していないときのパルス振幅をＡｄ２とし、パルス振幅変化度ＭａをＭａ＝Ａｄ１／Ａｄ２（≦１．０）で定義する。そして、パルス幅変調の変調度をＭｔ（≦１．０）とする。変調度は、ＰＣＭ信号の値が最大値をとるときのパルスのデューティ比に相当する。例えば、Ｍｔ＝１．０の場合は、ＰＣＭ値が最大値のとき、デューティ比は１００％となる。また、Ｍｔ＝０．５の場合は、デューティ比は５０％となる。さらに、デューティ比が１００％のときの三角波の振幅レベルをＴとする。

このとき、Ｗｐｄ２は、例えば次の式１１に示す値に設定すればよい。

または、次の式１２のように設定してもよい。

式１１または式１２を満たすようにパルス幅変調を制御することにより、アナログオーディオデータを伝送する場合と同様、受電機２００側で消費される電力を一定に保つことが可能となる。

（実施形態２）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。

実施形態１の無線電力伝送システム２は、電力にオーディオ信号を重畳して伝送し、スピーカ２０５から音を再生する。これに対し、本実施形態の無線電力伝送システムは、オーディオ信号は伝送せず、電力のみを伝送し、受電側の負荷装置に給電を行う。以下、電力のみの伝送を行う無線電力伝送システムの構成を、図面を参照しながら説明する。なお、すでに説明した構成要素については同じ番号で表し、説明を省略する。

図９は、本実施形態の無線電力伝送システム３の構成を示す図である。無線電力伝送システム３は、送電機３００と受電機４００とを備えている。送電機３００は、電力源３０１、パルス幅変調部３０２、発振器１０３、共振器１０４、1次コイル１０５、制御部１０６、無線通信部１０７を有している。受電機４００は、２次コイル２０１、共振器２０７、整流器２０２、ＬＰＦ２０４、負荷装置４０５、無線通信部２０６を有している。本実施形態と実施形態１との差異は、電力源３０１、パルス幅変調部３０２、および負荷装置４０５にあり、他の要素は実施形態１のものと同一である。

本実施形態の無線電力伝送システム３は、パルス幅変調された電力を、１次コイル１０５と２次コイル２０１との間に発生する共振磁場の結合によって伝送する。また、受電機４００の存在確認や送受電機間の認証、電力伝送の開始・終了の制御、負荷の変動や送受電機間の距離の変化による電力伝送効率の変化の通知などを行うために、無線通信部１０７、２０６を介した通信を行う。

以下、本実施形態における無線電力伝送システム３の動作を説明する。

まず、送電機３００の無線通信部１０７と受電機４００の無線通信部２０６とが無線通信を行っていないときの無線電力伝送システム３の動作を説明する。

送電機３００の電力源３０１は、ＡＣコンセントなどの交流電源から変換して得た直流電圧、またはＡＣアダプタ、バッテリなどの直流電源から得た直流電圧をパルス幅変調部３０２に出力する。パルス幅変調部３０２は、電力源３０１によって入力された直流電圧をパルス幅変調する。

図１０は、電力源３０１から送られてくる直流電圧に対して行われるパルス幅変調の例を示す図である。パルス幅変調部３０２は、図１０（ａ）に示すように、電力源３０１から入力された電圧レベルＶＤＣＩＮの直流電圧にスイッチング処理を施す。その結果、図１０（ｂ）に示すように、振幅ＶＤＣＩＮおよび第３のパルス幅Ｗｐ３をもつパルスを、標本化時間Ｗｓごとに出力する。ここで、スイッチング処理とは、標本化時間Ｗｓごとに繰り返される振幅Ａｔｒ３の第３の三角波と直流電圧とのレベル比較を行い、直流電圧のレベルが、第３の三角波のレベルより低い区間のみパルスを出力する処理を指す。なお、本実施形態における第３の三角波は、実施形態１における第１および第２の三角波とは異なり、ノコギリ波である。本明細書では、通常の三角波だけでなくノコギリ波も「三角波」に含まれるものとする。以下の説明では、このパルス幅変調処理を「第３のパルス幅変調処理」と呼ぶ。パルス幅変調部３０２は、パルス列を発振器１０３に送る。

発振器１０３は、数Ｈｚ〜数ＧＨｚの間の任意の出力周波数で前記パルス列を振幅変調し、電力伝送に必要な電力まで増幅処理を行う。発振器１０３は、増幅処理を行ったパルス列を共振器１０４に送る。

共振器１０４は、発振器１０３の出力周波数と同一の共振周波数をもつＬＣ共振器から構成されており、一次コイル１０５を使って共振磁場を用いて電力を伝送する。

受電機４００は、２次コイル２０１を介して入力される共振磁場を、上記共振器１０４の共振周波数と同一の共振周波数の共振器２０７で受信し、受信信号を発生する。

整流器２０２は、正の値と負の値を取りうる交流信号である受信信号を整流し、正の値のみを取る受信信号に変換する。このとき得られる受信信号のパルス振幅をＶ１とする。整流器２０２で整流された受信信号は、無線通信部２０６およびＬＰＦ２０４に送られる。

ＬＰＦ２０４は、低域通過フィルタであり、入力された受信パルス列から高周波数帯域成分を取り除き直流電圧を得る。負荷装置４０５は、ＬＰＦ２０４で得られた直流電圧により駆動される。無線通信部２０６は、整流器２０２から送られてきた受信信号から直流電圧を生成して、回路を駆動する電力を得る。無線通信部２０６は、無線通信が行われていない場合は、送電機３００の無線通信部１０７からの要求信号があるか否かの検出を行うため、キャリアセンスを継続して行う。

無線電力伝送システム３は、送電機３００で発生した直流電圧を、パルス幅変調したパルス列で受電機４００に伝送する構成を有している。そのため、送電機３００は、パルス幅変調時にパルス列のパルス幅を変更することにより、受電機４００の負荷装置４０５の定格に沿った電力を受電機４００に伝送することができる。

次に、送電機３００が、受電機４００に対し無線通信部１０７を介して要求信号を送信する場合の無線電力伝送システム３の動作を説明する。

送電機３００における制御部１０６は、要求信号の送信が必要になったら、要求信号の送信を指示する信号をパルス幅変調部３０２および無線通信部１０７に送る。

無線通信部１０７は、制御部１０６からの指示信号を受けると、要求信号を生成する。次に、無線通信部１０７は、要求信号に変調処理を行い、所定の周波数の無線信号に変換した後、無線通信部１０７に備えられているアンテナ１０７ａから当該無線信号を送信する。

パルス幅変調部３０２は、制御部１０６からの指示信号を受けると、パルス幅変調処理に用いる第３の三角波を、振幅がＡｔｒ４の第４の三角波に変更する。なお、第４の三角波も、通常の三角波ではなくノコギリ波である。以下、このパルス幅変調処理を「第４のパルス幅変調処理」と呼ぶ。その結果、出力するパルスのパルス幅は、第４のパルス幅Ｗｐ４に変更される。

図１１は、第４のパルス幅変調処理の例を示す図である。図１１（ａ）は、電力源３０１から入力された電圧レベルＶＤＣＩＮの直流電圧と第４の三角波４４とを示している。図１１（ｂ）は、パルス幅変調部３０２が出力するパルス列の一例を示している。第４のパルス幅変調処理で用いられる第４の三角波４４の振幅Ａｔｒ４が第３のパルス幅変調処理で用いる第３のノコギリ波４３の振幅Ａｔｒ３より小さくなるように設計すると、第４のパルス幅Ｗｐ４は、次の式１３に示す関係を満たす。
Ｗｐ４ ＞ Ｗｐ３ （式１３）

このようにすることにより、電力源３０１からパルス幅変調部３０２に入力される直流電圧の電圧レベルＶＤＣＩＮが同じであっても、出力されるパルス幅（第４のパルス幅Ｗｐ４）は、第３のパルス幅Ｗｐ３よりも大きくなる。すなわち、第４のパルス幅Ｗｐ４をもつパルス列をＬＰＦ２０４に通すことによって得られる直流電圧は、第３のパルス幅Ｗｐ３をもつパルス列をＬＰＦ２０４に通すことによって得られる直流電圧より高くなる。

パルス幅変調部３０２は、第４のパルス幅Ｗｐ４をもつパルス列を発振器１０３に送る。以降の送電機３００における動作は、無線通信を行わない場合と同様のため説明を省略する。

受電機４００は、２次コイル２０１を介して入力される共振磁場を、共振器１０４と同一の共振周波数をもつ共振器２０７で受信し、受信信号を発生する。

整流器２０２は、正の値と負の値を取りうる交流信号である受信信号を整流し、正の値のみを取る受信信号に変換する。このとき得られる受信信号のパルス振幅をＶ２とする。また、整流器２０２で整流された受信信号は、無線通信部２０６およびＬＰＦ２０４に送られる。

無線通信部２０６は、無線通信部１０７が送信した要求信号をキャリアセンスにより検出すると、受信回路を駆動し、要求信号の検波・復調・デコード処理を行う。次に、無線通信部２０６は、要求信号に対する応答信号を生成する。その後、無線通信部２０６は、送信回路を駆動し、応答信号に変調処理を行い、所定の周波数の無線信号に変換した後、アンテナ２０６ａから当該無線信号を送信する。このとき、無線通信部２０６は、キャリアセンスを行っている状態に比べてより多くの電流を消費するため、無線通信部２０６のインピーダンスが低下する。その結果、送電機３００から見た、受電機４００全体のインピーダンスも低下するため、整流器２０２で得られる受信信号のパルス振幅Ｖ４は、無線通信を行っていない場合の受信信号のパルス振幅Ｖ３より小さくなる。したがって、ＬＰＦ２０４へ入力される受信パルス列の各々の変調パルスのパルス振幅も、無線通信が行われていない場合のパルス振幅よりも小さくなる。

振幅の小さくなった受信パルス列は、ＬＰＦ２０４で直流電圧に変換される。このとき、送電機３００のパルス幅変調部３０２は、第４のパルス幅Ｗｐ４のパルスを出力しているので、受信パルス列の各々の変調パルスのパルス幅は無線通信を行っていない場合に比べて大きくなっている。そのため、ＬＰＦ２０４から出力される直流電圧は、ＬＰＦ２０４に入力される受信パルス列の各々の変調パルスのパルス振幅が小さくなっていても、無線通信が行われていない場合と同じになり、負荷装置４０５に供給される電力に変化はない。これは、低域通過フィルタであるＬＰＦ２０４は、積分器で構成されるため、図５に示すように、入力される変調パルスの振幅が小さくなっていても、その分パルス幅を大きくすることによって、変調パルスの面積が一定になるようにしていれば、積分器の出力は同一になるからである。

送電機３００の無線通信部１０７は、要求信号に対する応答信号を受信したら、応答信号の内容を制御部１０６に送る。制御部１０６は、無線通信の終了を示す信号をパルス幅変調部３０２および無線通信部１０７に送る。パルス幅変調部３０２は、無線通信の終了を示す信号を受け取ると、出力するパルスのパルス幅を第３のパルス幅Ｗｐ３に切り替える。また、無線通信部１０７は、動作を停止するか、スリープモードなどの消費電力の少ない状態になる。

なお、制御部１０６は、上記のように第４のパルス幅Ｗｐ４のパルスを出力する期間の開始と終了とを示す信号を出力するが、このような構成に限るものではない。例えば、制御部１０６は、第４のパルス幅Ｗｐ４のパルスを出力する必要がある期間中、継続して指示信号を送信してもよい。この場合、パルス幅変調部３０２は、制御部１０６からの指示信号を受信している期間のみ第４のパルス幅Ｗｐ４のパルス列を出力し、受信していない期間は第３のパルス幅Ｗｐ３のパルス列を出力するように動作する。

次に、図１２を参照しながら、第３のパルス幅変調処理で用いる第３の三角波４３の最大振幅Ａｔｒ３と第４のパルス幅変調処理で用いる第４の三角波４４の最大振幅Ａｔｒ４との関係を説明する。

無線通信部２０６が無線通信を行っている間、無線通信部２０６は送受信回路の駆動、搬送波の発生などを行うため、無線通信を行っていないときよりも多くの電力を必要とする。その結果、無線通信が行われているときの無線通信部２０６のインピーダンスは、無線通信を行っていないときのインピーダンスよりも低くなり、無線通信部２０６に流れる電流ｉｃ２は、無線通信を行っていない場合の電流ｉｃ１より多くなる。

ここで、直流電圧の値がＶＤＣＩＮのときの、（ａ）無線通信を行っていない場合、（ｂ）無線通信を行っている場合の変調パルスのパルス幅を、それぞれ第３のパルス幅Ｗｐ３、第４のパルス幅Ｗｐ４とする。また、（ａ）、（ｂ）の各場合における受信パルスの電圧レベルを、それぞれＶ３、Ｖ４とする。すると、（ａ）、（ｂ）のいずれの場合においても、変調パルスの面積Ｓｐを同一にするためには、以下の式１４を満足する必要がある。
Ｓｐ＝Ｖ３×Ｗｐ３＝Ｖ４×Ｗｐ４ （式１４）
式１４より、Ｗｐ４は、以下の式１５で表される。
Ｗｐ４＝（Ｖ３／Ｖ４）Ｗｐ３ （式１５）

図１２は、この例における直流電圧３５、第３の三角波４３、および第４の三角波４４の関係を示している。直流電圧の値がＶＤＣＩＮのときに、（ａ）の場合のパルス幅が第３のパルス幅Ｗｐ３、（ｂ）の場合のパルス幅が第４のパルス幅Ｗｐ４になるための第３の三角波４３の最大振幅Ａｔｒ３と、第４の三角波４４の最大振幅Ａｔｒ４との関係は、以下のようにして求められる。

まず、ＶＤＣＩＮの値をもつ直流電圧を第３のパルス幅変調処理でパルス幅変調したときの第１のパルス幅Ｗｐ３を求める。標本化区間をＷｓとすると、以下の式１６が成立する。よって、第３のパルス幅Ｗｐ３は以下の式１７により求められる。
ＶＤＣＩＮ＝（Ａｔｒ３／Ｗｓ）×Ｗｐ３ （式１６）
Ｗｐ３＝ＶＤＣＩＮ×Ｗｓ／Ａｔｒ３ （式１７）
また、第４のパルス幅変調処理でパルス幅変調したときの直流電圧ＶＤＣＩＮとパルス幅Ｗｐ４との関係は、以下の式１８で表される。よって、第４のパルス幅Ｗｐ４は、以下の式１９により求められる。
ＶＤＣＩＮ＝（Ａｔｒ４／Ｗｓ）×Ｗｐ４ （式１８）
Ｗｐ４＝ＶＤＣＩＮ×Ｗｓ／Ａｔｒ４ （式１９）
式１７、式１８を式１５に代入すると、以下の式２０が得られる。
ＶＤＣＩＮ×Ｗｓ／Ａｔｒ４＝（Ｖ３／Ｖ４）×ＶＤＣＩＮ×Ｗｓ／Ａｔｒ３ （式２０）
式２０から第３の三角波の最大振幅Ａｔｒ３と、第４の三角波の最大振幅Ａｔｒ４との関係を導くと、以下の式２１が得られる。
Ａｔｒ４＝（Ｖ４／Ｖ３）Ａｔｒ３ （式２１）

式２１より、第３のパルス幅変調処理で用いられる第３の三角波４３の最大振幅Ａｔｒ３と、第４のパルス幅変調処理で用いられる第４の三角波４４の最大振幅Ａｔｒ４との比は、無線通信が行われていない場合の受信信号のパルス振幅Ｖ３と、無線通信が行われている場合の受信信号のパルス振幅Ｖ４との比と等しくすればよいことがわかる。

ここで、無線通信が行われていないときの受信信号のパルス振幅Ｖ３と、無線通信が行われているときの受信信号のパルス振幅Ｖ４との比は、無線電力伝送システム３を設計する段階で計測しておくことが可能である。その値から式２１を用いて第４のパルス幅変調処理で用いられる第４のノコギリ波の最大振幅Ａｔｒ４を求めることにより、負荷装置４０５に供給する電圧を一定に保つことができる。

なお、本実施形態では、図１０から図１２に示すように、パルス幅変調処理にノコギリ波が用いられるが、このような構成に限るものではない。第３の三角波および第４の三角波として、通常の三角波を用いてパルス幅変調処理を行う構成でもよい。通常の三角波を用いる構成であっても、三角波の振幅とパルス幅との関係は、ノコギリ波を用いた場合の関係と同様であるため、負荷装置４０５に供給される電力を一定に保つという本実施形態の効果に変わりはない。

以上のように、本実施形態における無線電力伝送システム３は、無線通信が行われている場合と、行われていない場合とで、パルス幅変調部３０２が出力するパルスの幅を変化させる。出力パルスの幅を、第３のパルス幅Ｗｐ３から第４のパルス幅Ｗｐ４に変化させることにより、無線通信が行われているときに受電機４００の無線通信部２０６で多くの電力が消費されたとしても、負荷装置４０５に供給する電力を一定に保つことができる。

なお、本実施形態において、受電機４００は、負荷装置４０５の消費電力の変化を検知し、電力の減少量に応じて無線通信部２０６を制御する制御部を備えていてもよい。図１３は、そのような制御部４０８を備えた無線電力伝送システム３´の構成を示す図である。制御部４０８は、例えば、マイコン（マイクロコンピュータ）であり、無線通信部２０６から送電側の無線通信部２０６に送信する信号に電力の減少量を示す情報を付加するように、無線通信部２０６に指示する。このような制御部４０８を設けることにより、送電機３００は、負荷装置４０５が消費する電力の減少量を正確に知ることができ、パルス幅の調整の精度を高めることができる。

（実施形態３）
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。

実施形態１の無線電力伝送システム２では、オーディオ信号をパルス幅変調する際の三角波の振幅を変化させることにより、無線通信を実施しているか否かに関わらず、スピーカ２０５から再生される音の音量を一定にする。これに対し、本実施形態では、三角波の振幅ではなく標本化周期を変更することにより、無線通信を実施しているか否かに関わらず、スピーカ２０５から再生される音の音量を一定にする。以下、本実施形態における無線電力伝送システムの構成を、図面を参照しながら説明する。なお、すでに説明した構成要素については同じ番号で表し、説明を省略する。

図１４は、本実施形態における無線電力伝送システム４を示すブロック図である。無線電力伝送システム４は、送電機５００と受電機６００とを備えている。

送電機５００は、オーディオ信号ソース１０１、パルス幅変調部５０２、発振器１０３、共振器１０４、１次コイル１０５、制御部１０６、無線通信部１０７を有している。受電機６００は、２次コイル２０１、共振器２０７、整流器２０２、検波器２０３、ＬＰＦ２０４、スピーカ２０５、無線通信部２０６を有している。なお、図１４では図示されていないが、送電機５００は、交流電源またはバッテリなどの直流電源、あるいは図示していない他の無線電力伝送システムからの無線電力伝送により給電されている。

まず、送電機５００と受電機６００との間で無線による通信が行われていない場合の動作を説明する。

送電機５００において、オーディオ信号ソース１０１は、受電機６００のスピーカ２０５で再生するオーディオ信号をパルス幅変調部５０２に出力する。パルス幅変調部５０２は、オーディオ信号ソース１０１から入力されたオーディオ信号をパルス幅変調する。

パルス幅変調部５０２は、入力されたオーディオ信号と、最大振幅がＡｔｒで、周期がＷｓ５の三角波との比較を行う。比較の結果、三角波の振幅よりオーディオ信号の振幅の方が大きい期間のみパルスが出力される。なお、比較は、オーディオ信号の入力がない場合やオーディオ信号の振幅が０の場合にデューティ比が５０％のパルスが出力されるように行われる。以下の説明では、上記のパルス幅変調処理を、「第５のパルス幅変調処理」と呼び、第５のパルス幅変調処理で用いられる三角波を「第５の三角波」と呼ぶ。

パルス幅変調部５０２は、オーディオ信号に第５のパルス幅変調処理を施すことで得たパルス列を発振器１０３に送る。以降の処理は、実施形態１の送電機１００および受電機２００と同じであるため説明を省略する。

次に、送電機５００が、受電機６００に対し無線通信部１０７を介して要求信号を送信する場合の無線電力伝送システム４の動作を説明する。

要求信号の送信が行われている場合でもオーディオ信号ソース１０１からは、オーディオ信号が出力されており、オーディオ信号は上記の処理により受電機６００に送信されている。

送電機５００における制御部１０６は、要求信号の送信が必要になったら、要求信号の送信を指示する信号をパルス幅変調部５０２および無線通信部１０７に送る。

無線通信部１０７は、制御部１０６からの指示信号を受けると、要求信号を生成する。次に、無線通信部１０７は、要求信号に変調処理を行い、所定の周波数の無線信号に変換した後、無線通信部１０７に備えられているアンテナ１０７ａから送信する。

パルス幅変調部５０２は、制御部１０６からの指示信号を受けると、パルス幅変調処理を第５のパルス幅変調処理から、第６のパルス幅変調処理に切り替える。

第６のパルス幅変調処理は、パルス幅変調部５０２に入力されたオーディオ信号と、最大振幅Ａｔｒで周期がＷｓ６の第６の三角波との比較により、パルス列を生成する。すなわち、オーディオ信号の振幅が第６の三角波の振幅より大きい期間のみパルスを出力するという処理を行う。ここで、第５のパルス幅変調処理で用いる第５の三角波の周期Ｗｓ５と第６のパルス幅変調処理で用いる第６の三角波の周期Ｗｓ６との関係は、以下の式２２で表される。
Ｗｓ６ ＞ Ｗｓ５ （式２２）

このようにすることにより、入力されるオーディオ信号の振幅が同じであっても、出力されるパルスの幅は第５のパルス幅変調処理より第６のパルス幅変調処理の方が大きくなる。

パルス幅変調部５０２は、第６のパルス幅変調処理によって得たパルス列を発振器１０３に送る。以降の送電機５００における動作は、無線通信を行わない場合と同様のため説明を省略する。

受電機６００は、２次コイル２０１を介して入力される共振磁場を、共振器１０４と同一の共振周波数をもつ共振器２０７で受信し、受信信号を発生する。

整流器２０２は、正の値と負の値を取りうる交流信号である受信信号を整流し、正の値のみを取る受信信号に変換する。このとき得られる受信信号のパルス振幅をＶ５とする。また、整流器２０２で整流された受信信号は、無線通信部２０６および検波器２０３に送られる。

無線通信部２０６は、無線通信部１０７が送信した要求信号をキャリアセンスにより検出すると、受信回路を駆動し、要求信号の検波・復調・デコード処理を行う。次に、無線通信部２０６は、要求信号に対する応答信号を生成する。その後、無線通信部２０６は、送信回路を駆動し、応答信号に変調処理を行い、所定の周波数の無線信号に変換した後、アンテナ２０６ａから当該無線信号を送信する。このとき、無線通信部２０６は、キャリアセンスを行っている状態に比べてより多くの電流を消費するため、無線通信部２０６のインピーダンスが低下する。その結果、送電機５００から見た、受電機６００全体のインピーダンスも低下するため、整流器２０２で得られる受信信号のパルス振幅Ｖ６は、無線通信を行っていない場合の受信信号のパルス振幅Ｖ５より小さくなる。したがって、検波器２０３から出力される受信パルス列の各々の変調パルスの振幅も、無線通信が行われていない場合より小さくなる。

振幅の小さくなった受信パルス列は、ＬＰＦ２０４に入力され、オーディオ信号が生成される。このとき、送電機５００のパルス幅変調部５０２は、第６のパルス幅変調処理を行っているため、受信パルス列の各々の変調パルスのパルス幅は大きくなっている。そのため、ＬＦＰ２０４から出力されるオーディオ信号の振幅は、各々の変調パルスの振幅が小さくなっていても、無線通信が行われていない場合と同じになり、スピーカ２０５から再生される音の音量は変化しない。これは、低域通過フィルタであるＬＰＦ２０４は、積分器で構成されるため、変調パルスの面積が一定になるようにしていれば、積分器の出力は同一になるからである。

送電機５００の無線通信部１０７は、要求信号に対する応答信号を受信したら、応答信号の内容を制御部１０６に送る。制御部１０６は、無線通信の終了を示す信号をパルス幅変調部５０２および無線通信部１０７に送る。パルス幅変調部５０２は、無線通信の終了を示す信号を受け取ったら、パルス幅変調処理を第６のパルス幅変調処理から、第５のパルス幅変調処理に切り替える。また、無線通信部１０７は、動作を停止するか、スリープモードなどの消費電力の少ない状態になる。

次に、図１５を参照しながら、第５のパルス幅変調処理で用いる第５の三角波４５の周期Ｗｓ５と第６のパルス幅変調処理で用いる第６の三角波４６の周期Ｗｓ６との関係を説明する。

ここで、オーディオ信号の振幅がＡａのときの、（ａ）無線通信を行っていない場合、（ｂ）無線通信を行っている場合の変調パルスのパルス幅をそれぞれ第５のパルス幅Ｗｐ５、第６のパルス幅Ｗｐ６とする。すると、（ａ）、（ｂ）のいずれの場合においても、変調パルスの面積Ｓｐを同一にするためには、以下の式２３を満足する必要がある。
Ｓｐ＝Ｖ５×Ｗｐ５＝Ｖ６×Ｗｐ６ （式２３）
式２３より、Ｗｐ６は、以下の式２４で表される。
Ｗｐ６＝（Ｖ５／Ｖ６）Ｗｐ５ （式２４）

まず、振幅Ａａのオーディオ信号を第５のパルス幅変調処理でパルス幅変調したときの第５のパルス幅Ｗｐ５を求める。標本化区間をＷｓ５とすると、以下の式２５が成立する。よって、第５のパルス幅Ｗｐ５は以下の式２６により求められる。
Ａａ＝（４Ａｔｒ／Ｗｓ５）×Ｗｐ５／２ （式２５）
Ｗｐ５＝Ｗｓ５×Ａａ／２Ａｔｒ （式２６）
また、以下の式２７が成立するから、第６のパルス幅変調処理でパルス幅変調したときの第６のパルス幅Ｗｐ６は、以下の式２８で表される。
Ａａ＝（４Ａｔｒ／Ｗｓ６）×Ｗｐ６／２ （式２７）
Ｗｐ６＝Ｗｓ６×Ａａ／２Ａｔｒ （式２８）
次に、式２６、式２８を式２３に代入すると、以下の式２９が得られる。
Ｗｓ６×Ａａ／２Ａｔｒ＝（Ｖ５／Ｖ６）×Ｗｓ５×Ａａ／２Ａｔｒ （式２９）
式２９から、第５の三角波の周期Ｗｓ５と、第６の三角波の周期Ｗｓ６との関係を導くと、以下の式３０が得られる。
Ｗｓ６＝（Ｖ５／Ｖ６）Ｗｓ５ （式３０）

式３０より、第６のパルス幅変調処理で用いられる第６の三角波４６の周期Ｗｓ６は、第５のパルス幅変調処理で用いられる第５の三角波４５の周期Ｗｓ５と、無線通信が行われていない場合の受信信号のパルス振幅Ｖ５および無線通信が行われている場合の受信信号のパルス振幅Ｖ６の比から求めることができる。

ここで、無線通信が行われていない場合の受信信号のパルス振幅Ｖ５と、無線通信が行われている場合の受信信号のパルス振幅Ｖ６との比は、無線電力伝送システム４を設計する段階で計測しておくことが可能である。その値から式３０を用いて第６のパルス幅変調処理で用いる第６の三角波４６の周期Ｗｓ６を求めることにより、無線通信の実施の有無によらずスピーカ２０５から再生される音の音量を一定に保つことができる。

このように、本実施形態における無線電力伝送システム４は、送電機５００の無線通信部１０７と受電機６００の無線通信部２０６とが無線通信を行う期間のみ、パルス幅変調処理に用いる三角波の周期を相対的に長くする。これにより、パルス幅変調部５０２により出力されるパルス列のパルス幅を増減させる。このようにすることで、無線通信の実施の有無により、受信装置６００の整流器２０２で、検波器２０３と無線通信部２０６とに分配される受信信号の分配比率が変化する。このため、検波器２０３に分配される受信信号のパルス振幅が変化しても、各々の変調パルスの面積を一定に保つことができる。その結果、スピーカ２０５から再生される音の音量を一定に保つことができる。

（実施形態４）
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。

実施形態１の無線電力伝送システム２は、オーディオ信号をパルス幅変調する際の三角波の振幅を変更することにより、無線通信を実施しているか否かに関わらず、スピーカから再生される音の音量を一定にする。これに対し、本実施形態では、ノコギリ波を用いてパルス幅変調を行い、ノコギリ波の振幅を変更することにより、無線通信を実施しているか否かに関わらず、スピーカから再生される音の音量を一定にする。以下、本実施形態における無線電力伝送システムの構成を、図面を参照しながら説明する。なお、すでに説明した構成要素については同じ番号で表し、説明を省略する。

図１６は、本実施形態における無線電力伝送システムを示すブロック図である。無線電力伝送システム５は、送電機７００と受電機８００とを備えている。

送電機７００は、オーディオ信号ソース１０１、パルス幅変調部７０２、発振器１０３、共振器１０４、１次コイル１０５、制御部１０６、無線通信部１０７を有している。受電機２００は、２次コイル２０１、共振器２０７、整流器２０２、検波器２０３、ＬＰＦ２０４、スピーカ２０５、無線通信部２０６を有している。なお、図１６では図示されていないが、送電機７００は、交流電源またはバッテリなどの直流電源、あるいは図示されていない他の無線電力伝送システムからの無線電力伝送により給電されている。

まず、送電機７００と受電機８００の間で無線による通信が行われていない場合における無線電力伝送システム５の動作を説明する。

送電機７００において、オーディオ信号ソース１０１は、受電機８００のスピーカ２０５で再生するオーディオ信号をパルス幅変調部７０２に出力する。パルス幅変調部７０２は、オーディオ信号ソース１０１から入力されたオーディオ信号をパルス幅変調する。

パルス幅変調部７０２で実施されるパルス幅変調では、入力されたオーディオ信号は、周期が数マイクロ秒（周波数：数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚ）、最大振幅がＡｔｒ７のノコギリ波と比較される。比較の結果、ノコギリ波の振幅よりオーディオ信号の振幅の方が大きい場合のみパルスが出力される。なお、比較は、オーディオ信号の入力がない場合やオーディオ信号の振幅が０の場合にデューティ比が５０％のパルスが出力されるように行われる。以下の説明では、上記のパルス幅変調処理を、「第７のパルス幅変調処理」と呼び、第７のパルス幅変調処理で用いられるノコギリ波を「第７の三角波」と呼ぶ。

パルス幅変調部７０２は、オーディオ信号に第７のパルス幅変調処理を施すことで得たパルス列を発振器１０３に送る。以降の送電機７００および受電機８００の処理は実施形態１における送電機１００および受電機２００の処理と同様なので説明を省略する。

次に、送電機７００が、受電機８００に対し無線通信部１０７を介して要求信号を送信する場合の無線電力伝送システム５の動作を説明する。

要求信号の送信が行われている場合でもオーディオ信号ソース１０１からは、オーディオ信号が出力されており、オーディオ信号は前記した処理により受電機８００に送信されている。

送電機７００における制御部１０６は、要求信号の送信が必要になったら、要求信号の送信を指示する信号をパルス幅変調部７０２および無線通信部１０７に送る。

無線通信部１０７は、制御部１０６からの指示信号を受けると、要求信号を作成する。次に、無線通信部１０７は、要求信号に変調処理を行い、所定の周波数の無線信号に変換した後、無線通信部１０７に備えられているアンテナ１０７ａから送信する。

パルス幅変調部７０２は、制御部１０６からの指示信号を受けると、パルス幅変調処理を第７のパルス幅変調処理から、第８のパルス幅変調処理に切り替える。

第８のパルス幅変調処理は、パルス幅変調部７０２に入力されたオーディオ信号と、最大振幅Ａｔｒ８のノコギリ波（第８の三角波）との比較により、パルス列を生成する。すなわち、オーディオ信号の振幅が第８の三角波の振幅より大きい期間のみパルスを出力するという処理を行う。ここで、第７のパルス幅変調処理で用いる第７の三角波の最大振幅Ａｔｒ７と第８のパルス幅変調処理で用いる第８の三角波の最大振幅Ａｔｒ８との関係は、以下の式３１で表される。
Ａｔｒ７ ＞ Ａｔｒ８ （式３１）
である。

このようにすることにより、入力されるオーディオ信号の振幅が同じであっても、出力されるパルスの幅は、第７のパルス幅変調処理より第８のパルス幅変調処理の方が大きくなる。

パルス幅変調部７０２は、第８のパルス幅変調処理によって得たパルス列を発振器１０３に送る。以降の送電機７００における動作は、無線通信を行わない場合と同様のため説明を省略する。

受電機８００は、２次コイル２０１を介して入力される共振磁場を、共振器１０４と同一の共振周波数をもつ共振器２０７で受信し、受信信号を発生する。

整流器２０２は、正の値と負の値を取りうる交流信号である受信信号を整流し、正の値のみを取る受信信号に変換する。このとき得られる受信信号のパルス振幅をＶ２とする。また、整流器２０２で整流された受信信号は、無線通信部２０６と検波器２０３に送られる。

無線通信部２０６は、無線通信部１０７が送信した要求信号をキャリアセンスにより検出すると、受信回路を駆動し、要求信号の検波・復調・デコード処理を行う。次に無線通信部２０６は、要求信号に対する応答信号を生成する。その後、無線通信部２０６は、送信回路を駆動し、応答信号に変調処理を行い、所定の周波数の無線信号に変換した後、アンテナ２０６ａから当該無線信号を送信する。このとき、無線通信部２０６は、キャリアセンスを行っている状態に比べてより多くの電流を消費するため、無線通信部２０６のインピーダンスが低下する。その結果、送電機７００から見た、受電機８００全体のインピーダンスも低下するため、整流器２０２で得られる受信信号のパルス振幅Ｖ８は、無線通信を行っていない場合の受信信号のパルス振幅Ｖ７より小さくなる。したがって、検波器２０３から出力される受信パルス列の各々の変調パルスの振幅も、無線通信が行われていない場合より小さくなる。

振幅の小さくなった受信パルス列は、ＬＰＦ２０４に入力され、オーディオ信号が生成される。このとき、送電機７００のパルス幅変調部７０２は、第７のパルス幅変調処理を行っているため、受信パルス列の各々の変調パルスの幅は大きくなっている。そのため、ＬＦＰ２０４から出力されるオーディオ信号の振幅は、各々の変調パルスの振幅が小さくなっていても、無線通信が行われていない場合と同じになり、スピーカ２０５から再生される音の音量は変化しない。これは、低域通過フィルタであるＬＰＦ２０４は、積分器で構成されるため、図５に示すように、入力される変調パルスの振幅が小さくなっていても、その分パルス幅を大きくすることにより、変調パルスの面積が一定になるようにしていれば、積分器の出力は同一になるからである。

送電機７００の無線通信部１０７は、要求信号に対する応答信号を受信したら、応答信号の内容を制御部１０６に送る。制御部１０６は、無線通信の終了を示す信号をパルス幅変調部７０２および無線通信部１０７に送る。パルス幅変調部７０２は、無線通信の終了を示す信号を受け取ったら、パルス幅変調処理を第８のパルス幅変調処理から、第７のパルス幅変調処理に切り替える。また、無線通信部１０７は、動作を停止するか、スリープモードなどの消費電力の少ない状態になる。

次に、第７のパルス幅変調処理で用いる第７のノコギリ波の最大振幅Ａｔｒ７と、第８のパルス幅変調処理で用いる第８のノコギリ波の最大振幅Ａｔｒ８との関係を説明する。

ここで、オーディオ信号の振幅がＡａのときの、（ａ）無線通信を行っていない場合、（ｂ）無線通信を行っている場合の変調パルスのパルス幅をそれぞれ第７のパルス幅Ｗｐ７、第８のパルス幅Ｗｐ８とする。すると、（ａ）、（ｂ）のいずれの場合においても、変調パルスの面積Ｓｐを同一にするためには、以下の式３２を満足する必要がある。
Ｓｐ＝Ｖ７×Ｗｐ７＝Ｖ８×Ｗｐ８ （式３２）
式３２より、Ｗｐ８は、以下の式３３で表される。
Ｗｐ８＝（Ｖ７／Ｖ８）Ｗｐ７ （式３３）

次にオーディオ信号の値がＡａのときに（ａ）の場合のパルス幅が第７のパルス幅Ｗｐ７、（ｂ）の場合のパルス幅が第８のパルス幅Ｗｐ８になるための第７の三角波の最大振幅Ａｔｒ７と、第８の三角波の最大振幅Ａｔｒ８との関係を求める。ここで、実施形態２（図１２）におけるＶＤＣＩＮ、Ａｔｒ３、Ａｔｒ４を、それぞれＡａ、Ａｔｒ７、Ａｔｒ８に読み替えれば、全く同じ演算によって、Ａｔｒ７とＡｔｒ８とを求めることができる。

まず、Ａａの値をもつオーディオ信号を第７のパルス幅変調処理でパルス幅変調したときの第７のパルス幅Ｗｐ７を求める。標本化区間をＷｓとすると、以下の式３４が成立する。よって、第７のパルス幅Ｗｐ７は以下の式３５により求められる。
Ａａ＝（Ａｔｒ７／Ｗｓ）×Ｗｐ７ （式３４）
Ｗｐ７＝Ａａ×Ｗｓ／Ａｔｒ７ （式３５）
また、第８のパルス幅変調処理でパルス幅変調したときのオーディオ信号の値Ａａとパルス幅Ｗｐ８との関係は、以下の式３６で表される。よって、第８のパルス幅Ｗｐ８は、以下の式３７により求められる。
Ａａ＝（Ａｔｒ８／Ｗｓ）×Ｗｐ８ （式３６）
Ｗｐ８＝Ａａ×Ｗｓ／Ａｔｒ８ （式３７）
式３５、式３７を式３３に代入すると、以下の式３８が得られる。
Ａａ×Ｗｓ／Ａｔｒ８＝（Ｖ７／Ｖ８）×Ａａ×Ｗｓ／Ａｔｒ７ （式３８）
式３８から第７の三角波の最大振幅Ａｔｒ７と、第８の三角波の最大振幅Ａｔｒ８との関係を導くと、以下の式３９が得られる。
Ａｔｒ８＝（Ｖ８／Ｖ７）Ａｔｒ７ （式３９）

式３９より、第７のパルス幅変調処理で用いられる第７の三角波の最大振幅Ａｔｒ７と、第８のパルス幅変調処理で用いられる第８の三角波の最大振幅Ａｔｒ８との比は、無線通信が行われていない場合の受信信号のパルス振幅Ｖ７と、無線通信が行われている場合の受信信号のパルス振幅Ｖ８との比と等しくすればよいことがわかる。

ここで、無線通信が行われていない場合の受信信号のパルス振幅Ｖ７と、無線通信が行われている場合の受信信号のパルス振幅Ｖ８との比は、無線電力伝送システム５を設計する段階で計測しておくことが可能である。その値から式３９を用いて第８のパルス幅変調処理で用いられる第８の三角波の最大振幅Ａｔｒ８を求めることにより、無線通信の実施の有無によらずスピーカ２０５から再生される音の音量を一定に保つことができる。

以上のように、本実施形態における無線電力伝送システム５は、送電機７００の無線通信部１０７と受電機８００の無線通信部２０６とが無線通信を行う期間のみ、パルス幅変調処理を切り替え、パルス幅変調部７０２により出力されるパルス列のパルス幅を増減させる。このようにすることで、無線通信の実施の有無により、受信装置８００の整流器２０２で、検波器２０３および無線通信部２０６に分配される受信信号の分配比率が変化する。その結果、検波器２０３に分配される受信信号のパルス振幅が変化しても、各々の変調パルスの面積を一定に保つことができるので、スピーカ２０５から再生される音の音量を一定に保つことができる。

なお、実施形態１、３、４において、送電機１００、５００、７００はオーディオ信号ソース１０１を有し、受電機２００、６００、８００は、スピーカ２０５を有することとしたが、パルス幅変調によって電力とともに送電機から受電機に送信する信号はオーディオ信号に限定されない。例えば、テレビ受像機からリモコンに電力とともに現在視聴中の番組に関するデータを送信するシステムなどへの応用も考えられる。

また、以上の各実施形態における送電機は、通信の有無に応じてパルス幅を変化させることによって伝送電力を変化させるが、本発明はそのような形態に限られない。送電機は、通信の有無に応じてパルス振幅を変化させることによって伝送電力を変化させてもよい。例えば、発振器１０３がＥ級増幅回路を有する場合、Ｅ級増幅回路の電源電圧を通信の有無に応じて変化させることによっても伝送電力を制御することができる。あるいは、パルス幅とパルス振幅の両方を変化させることによって伝送電力を制御する構成を採用してもよい。そのような構成を採用した場合であっても、通信時に負荷に供給される電力の減少分を補うことができるため、安定した電力伝送を維持することが可能である。

本発明にかかる無線電力伝送システムは、受電側の機器の状態が変化しても動作に影響を与えないため、例えば電力とともにオーディオ信号を伝送することが可能なワイヤレススピーカ装置などに有用である。

１ 無線オーディオシステム
２〜５ 無線電力伝送システム
１０ 送信機
１１ オーディオ信号ソース
１２ 無線変調部
１３ 送信アンテナ
１４ 電源部
２０ 受信機
２１ 受信アンテナ
２２ 無線復調部
２３ オーディオ信号増幅部
２４ スピーカ
２５ 電源部
３０ オーディオ信号
３５ 直流電圧
４１ 第１の三角波
４２ 第２の三角波
４３ 第３の三角波（ノコギリ波）
４４ 第４の三角波（ノコギリ波）
４５ 第５の三角波
４６ 第６の三角波
５０ 送電装置
５１ 電力伝送部
５２ 送電側通信部
５３ 制御部
６０ 受電装置
６１ 受電部
６２ 受電側通信部
１００ 送電機
１０１ オーディオ信号ソース
１０２ パルス幅変調部
１０３ 発振器
１０４ 共振器
１０５ １次コイル
１０６ 制御部
１０７ 無線通信部
２００ 受電機
２０１ ２次コイル
２０２ 整流器
２０３ 検波器
２０４ ＬＰＦ
２０５ スピーカ
２０６ 無線通信部
２０７ 共振器
３００ 送電機
３０１ 電力源
３０２ パルス幅変調部
４００ 受電機
４０５ 負荷装置
４０８ 制御部
５００ 送電機
５０２ パルス幅変調部
６００ 受電機
７００ 送電機
７０２ パルス幅変調部
８００ 受電機

Claims (15)

1. 送電装置から受電装置へ電力を無線で伝送する無線電力伝送システムにおいて用いられる送電装置であって、
   電力を送出する電力伝送部と、
   前記受電装置との間で電力の伝送を制御するための情報を通信する通信部と、
   前記通信部が通信を行うとき、送出する電力を前記通信部が通信を行わないときよりも大きくするように前記電力伝送部を制御する制御部と、
   を備える送電装置。
2. 前記電力伝送部は、伝送すべき電力をパルス列に変換してから送出し、
   前記制御部は、前記通信部が通信を行うとき、前記パルス列のパルス幅およびパルス振幅の少なくとも一方を、前記通信部が通信を行わないときよりも大きくするように前記電力伝送部を制御する、
   請求項１に記載の送電装置。
3. 前記制御部は、前記通信部が通信を行うとき、前記パルス列のパルス振幅を、前記通信部が通信を行わないときよりも大きくするように前記電力伝送部を制御する、請求項２に記載の送電装置。
4. 前記制御部は、前記通信部が通信を行うとき、前記パルス列のパルス幅を、前記通信部が通信を行わないときよりも広くするように前記電力伝送部を制御する、請求項２に記載の送電装置。
5. 前記通信部は、前記受電装置に要求信号を送信することによって前記受電装置と通信を開始し、
   前記制御部は、前記通信部が前記要求信号を送信するとき、前記パルス列のパルス幅を広くするように指示する信号を、前記電力伝送部に送出する、
   請求項４に記載の送電装置。
6. 前記電力伝送部は、パルス幅変調によって前記パルス列を生成する、請求項４または５に記載の送電装置。
7. 前記電力伝送部は、伝送すべき電力の波形と三角波とを比較することによってパルス幅変調された前記パルス列を生成し、
   前記制御部は、前記通信部が通信を行っているか否かによって、前記三角波の振幅または周期を変化させるように前記電力伝送部を制御する、
   請求項６に記載の送電装置。
8. 前記制御部は、前記通信部が通信を行っているときは、前記三角波の振幅を相対的に小さくし、前記通信部が通信を行っていないときは、前記三角波の振幅を相対的に大きくするように、前記電力伝送部に指示する、請求項６に記載の送電装置。
9. 前記制御部は、前記通信部が通信を行っているときは、前記三角波の周期を相対的に長くし、前記通信部が通信を行っていないときは、前記三角波の周期を相対的に短くするように、前記電力伝送部に指示する、請求項６に記載の送電装置。
10. 信号を出力する信号源をさらに備え、
    前記電力伝送部は、前記信号源から出力された前記信号をパルス幅変調することによって、前記パルス列を生成する、
    請求項２から９のいずれかに記載の送電装置。
11. 前記信号はオーディオ信号である、請求項１０に記載の送電装置。
12. 前記電力伝送部は、
    パルス幅変調によって前記パルス列を出力するパルス幅変調部と、
    前記パルス幅変調部から出力された前記パルス列に基づいて高周波電力を生成する発振部と、
    前記発振部によって生成された前記高周波電力を送出するための送電共振器と、
    を備え、
    前記制御部は、前記パルス幅変調部に制御信号を送ることによって前記電力伝送部を制御する、
    請求項２から１１のいずれかに記載の送電装置。
13. 送電装置と受電装置とを備えた無線電力伝送システムであって、
    前記送電装置は、
    電力を送出する電力伝送部と、
    前記受電装置との間で電力の伝送を制御するための情報を通信する送電側通信部と、
    前記送電側通信部が通信を行うとき、送出する電力を前記通信部が通信を行わないときよりも大きくするように前記電力伝送部を制御する制御部と、
    を有し、
    前記受電装置は、
    前記電力伝送部によって送出された前記電力を受け取る受電部と、
    前記送電側通信部と通信する受電側通信部と、
    を有している、
    無線電力伝送システム。
14. 前記電力伝送部は、伝送すべき電力をパルス列に変換してから送出し、
    前記制御部は、前記通信部が通信を行うとき、前記パルス列のパルス幅およびパルス振幅の少なくとも一方を、前記通信部が通信を行わないときよりも大きくするように前記電力伝送部を制御する、
    請求項１３に記載の無線電力伝送システム。
15. 前記送電装置は、信号を出力する信号源をさらに有し、
    前記電力伝送部は、前記信号源から出力された前記信号をパルス幅変調することによって、前記パルス列を生成し、
    前記受電装置は、前記受電部が受け取った前記電力から、前記信号を再生する、
    請求項１４に記載の無線電力伝送システム。

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