JP7164389B2 - ワイヤレス送電コントローラ、ワイヤレス受電コントローラ、ワイヤレス給電システムの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤレス給電技術に関する。

近年、電子機器へのワイヤレス給電が普及し始めている。異なるメーカーの製品間の相互利用を促進するために、ＷＰＣ（Wireless Power Consortium）が組織され、ＷＰＣにより国際標準規格であるＱｉ（チー）規格が策定された。Ｑｉ規格にもとづいたワイヤレス給電は、送信コイルと受信コイル間の電磁誘導を利用したものである。

図１は、Ｑｉ規格に準拠したワイヤレス給電システム１０の構成を示す図である。給電システム１０は、送電装置２０（ＴＸ、Power Transmitter）と受電装置３０（ＲＸ、Power Receiver）と、を備える。受電装置３０は、携帯電話端末、スマートフォン、オーディオプレイヤ、ゲーム機器、タブレット端末などの電子機器に搭載される。

送電装置２０は、送信コイル（１次コイル）２２、インバータ回路２４、コントローラ２６、復調器２８を備える。インバータ回路２４は、Ｈブリッジ回路（フルブリッジ回路）あるいはハーフブリッジ回路を含み、送信コイル２２に駆動信号Ｓ１、具体的にはパルス信号を印加し、送信コイル２２に流れる駆動電流により、送信コイル２２に電磁界の電力信号Ｓ２を発生させる。コントローラ２６は、送電装置２０全体を統括的に制御するものであり、具体的には、インバータ回路２４のスイッチング周波数、あるいはスイッチングのデューティ比を制御することにより、送信電力を変化させる。

Ｑｉ規格では、送電装置２０と受電装置３０の間で通信プロトコルが定められており、受電装置３０から送電装置２０に対して、制御信号Ｓ３による情報の伝達が可能となっている。この制御信号Ｓ３は、後方散乱変調（Backscatter modulation）を利用して、ＡＭ（Amplitude Modulation）変調された形で、受信コイル３２（２次コイル）から送信コイル２２に送信される。この制御信号Ｓ３には、たとえば、受電装置３０に対する電力供給量を制御する電力制御データ（パケットともいう）や、受電装置３０の固有の情報を示すデータなどが含まれる。復調器２８は、送信コイル２２の電流あるいは電圧にもとづいて制御信号Ｓ３を復調する。コントローラ２６は、復調された制御信号Ｓ３に含まれる電力制御データにもとづいて、インバータ回路２４を制御する。

受電装置３０は、受信コイル３２、整流回路３４、平滑コンデンサ３６、変調器３８、負荷４０、コントローラ４２、電源回路４４を備える。受信コイル３２は、送信コイル２２からの電力信号Ｓ２を受信するとともに、制御信号Ｓ３を送信コイル２２に対して送信する。整流回路３４および平滑コンデンサ３６は、電力信号Ｓ２に応じて受信コイル３２に誘起される電流Ｓ４を整流・平滑化し、直流電圧Ｖ_ＲＥＣＴに変換する。

電源回路４４は、送電装置２０から供給された電力を利用して図示しない二次電池を充電し、あるいは直流電圧Ｖ_ＲＥＣＴを昇圧あるいは降圧し、コントローラ４２やその他の負荷４０に供給する。

コントローラ４２は、直流電圧Ｖ_ＲＥＣＴがその目標値に近づくように、送電装置２０からの電力供給量を制御する電力制御データ（コントロールエラーパケット、ＣＥパケットとも称する）を生成する。変調器３８は、電力制御データを含む制御信号Ｓ３にもとづいて受信コイル３２のコイル電流を変調することにより、送信コイル２２に制御信号Ｓ３を送信する。

Ｑｉ規格は当初、携帯電話端末、スマートフォン、タブレット端末など、５Ｗ以下の低電力向けに策定され（BPP（Baseline Power Profile））、バージョン１．２では１５Ｗまでの中電力に対応している（EPP (Extended Power Profile)）。さらに将来的には１２０Ｗの大電力をサポートすることが計画されている。

Ｑｉ規格は広く一般に公開されている。したがって現在、Ｑｉ規格のアーキテクチャに対応しているが、ＷＰＣの認証を得ていない送電装置や受電装置が市場に流通している。

ＷＰＣの認証を得ていないデバイス（非認証デバイスという）は、安全性、信頼性が必ずしも保証されているとは限らない。信頼性が低いデバイスとの間で無線給電を行うと、デバイスの破壊、その他予期せぬ問題が生ずるおそれがある。

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、安全性を高めたワイヤレス給電システムの提供にある。

本発明のある態様は、ワイヤレス送電装置とワイヤレス受電装置を含むワイヤレス給電システムの制御方法に関する。制御方法は以下の処理を含む。
１． ワイヤレス受電装置およびワイヤレス送電装置の一方である第１デバイスから、それらの他方である第２デバイスに、非暗号通信により所定の第１情報を送信する。
２． 第１デバイスから第２デバイスに、暗号通信により第１情報を送信する。
３． 第２デバイスにおいて、非暗号通信により受信した第１情報と暗号通信により受信した第１情報が不一致の場合に、特定の給電モードを禁止する。

本発明の別の態様は、ワイヤレス受電装置に電力信号を送信するワイヤレス送電装置に用いられる送電コントローラである。送電コントローラは、Ｑｉ規格で定められたプロトコルを利用して、暗号通信が可能であり、ワイヤレス受電装置から暗号通信を用いて受信した情報が期待値と不一致の場合に、特定の給電モードが禁止される。

本発明のさらに別の態様も、制御方法である。制御方法は、以下の処理を含む。
１． ワイヤレス受電装置およびワイヤレス送電装置の一方である第１デバイスから、それらの他方である第２デバイスに、非暗号通信により所定情報を送信する。
２． 第２デバイスから第１デバイスに、暗号通信により所定情報を送信する。
３． 第１デバイスにおいて、非暗号通信により送信した所定情報と暗号通信により受信した所定情報が一致したときに、特定の給電モードを許容する。

本発明のさらに別の態様は、ワイヤレス送電装置からの電力信号を受信するワイヤレス受電装置に用いられる受電コントローラに関する。受電コントローラは、Ｑｉ規格で定められたプロトコルを利用して、暗号通信が可能であり、ワイヤレス受電装置から暗号通信を用いて受信した情報が期待値と不一致の場合に、特定の給電モードが禁止される。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明のある態様によれば、ワイヤレス給電システムの安全性を高めることができる。

Ｑｉ規格に準拠したワイヤレス給電システムの構成を示す図である。 第１の実施の形態に係るワイヤレス給電システムのモード制御のフローチャートである。 第２デバイスＴＸにおける給電モードの決定のフローチャートである。 第１デバイスＲＸと第２デバイスＴＸの暗号通信のシーケンス図である。 送電装置のブロック図である。 受電装置のブロック図である。 第２の実施の形態に係るワイヤレス給電システムのモード制御のフローチャートである。 第１デバイスＲＸにおける給電モードの決定のフローチャートである。 第１デバイスＲＸと第２デバイスＴＸの暗号通信のシーケンス図である。 送電装置のブロック図である。 受電装置のブロック図である。 第３の実施の形態に係る給電システムのモード制御のフローチャートである。 第３の実施の形態に係るモード制御のシーケンス図である。 第３の実施の形態に係るモード制御のシーケンス図である。 第３の実施の形態に係るモード制御のシーケンス図である。 第３の実施の形態に係るモード制御のシーケンス図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

本明細書で参照するフローチャートやシーケンス図は、それに示される処理の順序を限定するものではなく、それらに示される処理の順序は、支障のない範囲で入れ替えることができ、またいくつかの処理は、同時並列的に実行してもよい。

（第１の実施の形態）
図２は、第１の実施の形態に係るワイヤレス給電システム１００のモード制御のフローチャートである。ワイヤレス給電システム１００は、送電装置ＴＸと受電装置ＲＸを備える。送電装置ＴＸと受電装置ＲＸの一方を第１デバイス、他方を第２デバイスとする。図２の例では受電装置ＲＸが第１デバイスであり、送電装置ＴＸが第２デバイスである。たとえば送電装置ＴＸおよび受電装置ＲＸは、Ｑｉ規格に規定される通信プロトコルをサポートするものとし、さらに、暗号通信をサポートしている。

送電装置ＴＸおよび受電装置ＲＸの一方である第１デバイスＲＸから、それらの他方である第２デバイスＴＸに、非暗号通信Ａにより所定の第１情報Ｘを含むデータを送信する（Ｓ１００）。第１情報Ｘは、Ｑｉ規格において、Digital Pingフェーズにおいて受電装置ＲＸから送電装置ＴＸに送信すべきいくつかの情報のひとつを用いることができ、この場合、処理Ｓ１００は、Digital Pingフェーズに取り込まれる。一例として、第１情報Ｘは、第１デバイスＲＸに固有のＩＤ（Ｑｉ規格におけるＲｘＩＤ）を用いることができる。

また第１デバイスＲＸから第２デバイスＴＸに、暗号通信Ｂにより、同じ第１情報を含むデータ送信する（Ｓ１０２）。

そして第２デバイスＴＸにおいて、非暗号通信Ａにより受信したデータに含まれる第１情報Ｘと、暗号通信Ｂにより受信したデータに含まれる第１情報Ｘ’にもとづいて、給電モードを決定する（Ｓ１０４）。第２デバイスＴＸが、電力が異なるいくつかの給電モードをサポートするとき、ＸとＸ’が不一致の場合、それらのうち、所定の給電モード（たとえば電力が大きな給電モード）での動作が禁止される。

図３は、第２デバイスＴＸにおける給電モードの決定（図２のＳ１０４）のフローチャートである。第２デバイスＴＸは、非暗号通信Ａにより第１情報Ｘを取得する（Ｓ１１０）。また第２デバイスＴＸは、暗号通信Ｂの受信データを復号し、第１情報Ｘ’を取得する（Ｓ１１２）。第１デバイスＲＸと第２デバイスＴＸの間の暗号通信が成功しているとき、第１情報Ｘ’は、第１情報Ｘと一致する。第２デバイスＴＸは、ＸとＸ’を比較し（Ｓ１１４）、それらが一致するとき（Ｓ１１４のＹ）、第１給電モードを選択し（Ｓ１１６）、不一致のとき（Ｓ１１４のＮ）、第２給電モードを選択する（Ｓ１１８）。第１給電モードは、相対的に電力が大きいモードであり、ＥＰＰモードであってもよい。第２給電モードは、相対的に電力が小さいモードであり、ＢＰＰモードであってもよい。

図４は、第１デバイスＲＸと第２デバイスＴＸの暗号通信Ｂのシーケンス図である。第２デバイスＴＸにおいて、共通鍵Ｋｃｏｍが生成される（Ｓ１２０）。また第１デバイスＲＸにおいて、公開鍵Ｋｐｕｂおよびそれと対を成す秘密鍵Ｋｐｒｖが生成される（Ｓ１２２）。公開鍵Ｋｐｕｂは、第２デバイスＴＸと第１デバイスＲＸのネゴシエーションごとに発生する乱数を用いることができる。あるいは、デバイスごとにランダムな公開鍵Ｋｐｕｂを保持しておいてもよい。

そして非暗号通信により、公開鍵Ｋｐｕｂを含む第１データＢ１が、第１デバイスＲＸから第２デバイスＴＸに送信される（Ｓ１２４）。

第２デバイスＴＸは、Ｓ１２４において受信した公開鍵Ｋｐｕｂを用いて、Ｓ１２０にて生成した共通鍵Ｋｃｏｍを暗号化し、第２データＢ２を生成する（Ｓ１２６）。そして第２データＢ２を第１デバイスＲＸに送信する（Ｓ１２８）。

第１デバイスＲＸにおいて、Ｓ１２２にて生成した秘密鍵Ｋｐｒｖを用いて、第２データＢ２を復号し、共通鍵Ｋｃｏｍを取り出す（Ｓ１３０）。この段階で、第１デバイスＲＸと第２デバイスＴＸの間で、共通鍵Ｋｃｏｍが共有されることとなる。

そして、第１デバイスＲＸにおいて、共通鍵Ｋｃｏｍを用いて、第１情報Ｘを暗号化し、第３データＢ３を生成する（Ｓ１３２）。そして第３データＢ３が、第１デバイスＲＸから第２デバイスＴＸに送信される（Ｓ１３４）。

第２デバイスＴＸは、第３データＢ３を、共通鍵Ｋｃｏｍを用いて復号し、第１情報Ｘ’を取得する（Ｓ１３６）。

以上が給電システム１００の制御方法である。この給電システム１００によれば、送電装置２００と受電装置３００の両方が、同じ暗号通信をサポートしていない限り、第２デバイスＴＸは、正しい第１情報Ｘと一致する第１情報Ｘ’を取得することができない。

送電装置２００および受電装置３００それぞれに含まれるハードウェア、あるいはソフトウェアに使用される暗号通信に関する情報を公開しなければ、同じベンダーが提供するハードウェア同士あるいはソフトウェア同士の組み合わせのみで、特定の給電モードを許可することができる。

たとえば、ベンダーＡは、Ｑｉ規格に対応した、ＴＸ側のコントローラＴＸ＿ＣＯＮＴ＿Ａ（およびソフトウェア）と、ＲＸ側のコントローラＲＸ＿ＣＯＮＴ＿Ａ（およびソフトウェア）を提供しているとする。これらのコントローラＴＸ＿ＣＯＮＴ＿Ａ、ＲＸ＿ＣＯＮＴ＿Ａは、非暗号通信による第１情報Ｘの送受信のみ可能である。

一方、ベンダーＢは、Ｑｉ規格に対応し、さらに上述の秘密通信による第１情報Ｘ’の送受信に関する機能を有するＴＸ側のコントローラＴＸ＿ＣＯＮＴ＿Ｂ、ＲＸ側のコントローラＲＸ＿ＣＯＮＴ＿Ｂ（およびソフトウェア）を提供しているとする。これらのコントローラＴＸ＿ＣＯＮＴ＿Ｂ、ＲＸ＿ＣＯＮＴ＿Ｂは、当然に、非暗号通信による第１情報Ｘの送受信をサポートする。

このような状況では、市場には、コントローラＲＸ＿ＣＯＮＴ＿Ａ，ＲＸ＿ＣＯＮＴ＿Ｂを備える受電装置と、コントローラＴＸ＿ＣＯＮＴ＿Ａ，ＲＸ＿ＣＯＮＴ＿Ｂを備える送電装置が普及することになる。

コントローラＴＸ＿ＣＯＮＴ＿Ｂを備える送電装置と、コントローラＲＸ＿ＣＯＮＴ＿Ｂを備える受電装置の間でのみ、大きな電力での給電が許可され、コントローラＴＸ＿ＣＯＮＴ＿Ｂを備える送電装置と、コントローラＲＸ＿ＣＯＮＴ＿Ａを備える受電装置の間、コントローラＴＸ＿ＣＯＮＴ＿Ａを備える送電装置と、コントローラＲＸ＿ＣＯＮＴ＿Ｂを備える受電装置の間では、大きな電力での給電を禁止することができる。

現状では、Ｑｉ規格をサポートし、認証を受けているデバイス（正規デバイス）と、Ｑｉ規格をサポートし、認証を受けていないデバイス（非正規デバイス）が流通しており、非正規デバイスの中には、信頼性の低いものも含まれている。一方で、Ｑｉ規格では、正規デバイスと非正規デバイスを区別することはできない。

実施の形態に係る秘密通信を導入しても、正規デバイスと非正規デバイスを区別することはできないが、少なくとも、同じベンダーが提供するコントローラを備えるデバイス同士でのみ、大きな電力での給電を許可できるため、安全性、信頼性を改善できる。

続いて送電装置ＴＸおよび受電装置ＲＸの構成例を説明する。

図５は、送電装置２００のブロック図である。送電装置２００は、送信アンテナ２０１、インバータ回路２０４、送電コントローラ２１０を備える。送信アンテナ２０１は、直列に接続された送信コイル２０２および共振コンデンサ２０３を含む。インバータ回路２０４は、ハーフブリッジ回路あるいはフルブリッジ回路を含み、直流電圧Ｖ_ＤＤを交流電圧Ｖ_ＡＣに変換し、送信アンテナ２０１に印加する。

送電コントローラ２１０は、送電装置２００を統合的に制御する。送電コントローラ２１０は、単一のＩＣ（Integrated Circuit）で構成してもよいし、いくつかのICの組み合わせであってもよい。また送電コントローラ２１０の機能の一部あるいは全部は、ソフトウェア制御によって実装してもよく、この場合、送電コントローラ２１０はプロセッサを含むマイコンであってもよい。送電コントローラ２１０に含まれる各ブロックは、必ずしもハードウェアの単位に対応するものでなく、単に機能を表すものと理解される。

変調器２１２は、送信すべき入力データに応じて、送信アンテナ２０１に流れるコイル電流を変調する。変調方式はＱｉ規格において規定されている。復調器２１４は、送信アンテナ２０１に流れる電流（あるいは電圧）を監視し、受電装置３００から送信されたデータＡ，Ｂ１，Ｂ３を復調する。

メモリ２２０には、いくつかのデータが保持される。具体的には、メモリ２２０は、受電装置３００から受信した第１データＢ１に含まれる秘密鍵Ｋｐｕｂと、非暗号通信Ａにより取得した第１情報Ｘが格納される。

鍵発生器２２２は、共通鍵Ｋｃｏｍを生成する。共通鍵Ｋｃｏｍは、毎回同じ値を用いてもよいが、ネゴシエーションのたびに生成する乱数を用いるとよい。

第１エンクリプタ２２４は、共通鍵Ｋｃｏｍを、公開鍵Ｋｐｕｂを用いて暗号化し、第２データＢ２を生成する。第２データＢ２は、変調器２１２により変調されて、受電装置３００に送信される。

第２デクリプタ２２６は、受電装置３００から受信した第３データＢ３を、共通鍵Ｋｃｏｍを用いて復号し、第１情報Ｘ’を取り出す。

モードセレクタ２２８は、第１情報Ｘ’と第１情報Ｘを比較し、モードを選択する。

続いて、図５の送電装置２００と対をなす受電装置３００の構成を説明する。図６は、受電装置３００のブロック図である。受電装置３００は、受信アンテナ３０１、整流器３０４、平滑キャパシタ３０５、受電コントローラ３１０を備える。受電装置３００は、スマートフォンやタブレット端末などの電子機器４００に搭載される。平滑キャパシタ３０５に発生する直流電圧Ｖ_ＤＣは、電源回路４１０によって適切な電圧レベルに変換され、負荷回路４２０に供給される。

受信アンテナ３０１は、直列に接続される受信コイル３０２および共振コンデンサ３０３を含む。整流器３０４は、受信アンテナ３０１に流れる電流を整流する。平滑キャパシタ３０５には、直流電圧Ｖ_ＤＣが発生する。

受電コントローラ３１０は、受電装置３００を統合的に制御する。受電コントローラ３１０は単一のＩＣ（Integrated Circuit）で構成してもよいし、いくつかのICの組み合わせであってもよい。また受電コントローラ３１０の機能の一部あるいは全部は、ソフトウェア制御によって実装してもよく、この場合、受電コントローラ３１０はプロセッサを含むマイコンであってもよい。受電コントローラ３１０に含まれる各ブロックは、必ずしもハードウェアの単位に対応するものでなく、単に機能を表すものと理解される。

変調器３１２は、送信すべき入力データに応じて、受信アンテナ３０１に流れるコイル電流を変調し、データＡ，Ｂ１，Ｂ３を送信する。変調方式はＱｉ規格において規定されている。復調器３１４は、受信アンテナ３０１に流れる電流（あるいは電圧）を監視し、受電装置３００から送信されたデータを復調する。

メモリ３２０は、いくつかのデータが保持される。具体的には、メモリ３２０は、送電装置２００に送信すべき第１情報Ｘが格納される。この第１情報Ｘは、変調器３１２に入力され、非暗号通信Ａによって、送電装置２００に送信される。

また鍵発生器３２２は、秘密鍵Ｋｐｒｖおよび公開鍵Ｋｐｕｂを生成する。公開鍵Ｋｐｕｂは、変調器３１２に入力されて、第１データＢ１として送電装置２００に送信される。

復調器３１４は、送電装置２００からの第２データＢ２を復調する。第１デクリプタ３２４は、送電コントローラ２１０に内蔵される第１エンクリプタ２２４に対応し、同一アーキテクチャで構成される。第１デクリプタ３２４は、第２データＢ２を、秘密鍵Ｋｐｒｖを用いて復号し、第２データＢ２から共通鍵Ｋｃｏｍを取り出す。共通鍵Ｋｃｏｍは、メモリ３２０に格納される。

第２エンクリプタ３２６は、送電コントローラ２１０に内蔵される第２デクリプタ２２６に対応し、同一アーキテクチャで構成される。第２エンクリプタ３２６は、第１情報Ｘを、共通鍵Ｋｃｏｍを用いて暗号化し、第３データＢ３を生成する。第３データＢ３は、変調器３１２に入力され、送電装置２００に送信される。

なお、図５の送電装置２００や図６の受電装置３００の構成は例示であり、当業者によればさまざまな変形例が存在することが理解される。

（第２の実施の形態）
図７は、第２の実施の形態に係るワイヤレス給電システム１００のモード制御のフローチャートである。第２の実施の形態においても、送電装置ＴＸと受電装置ＲＸの一方を第１デバイス、他方を第２デバイスとする。図７では、受電装置ＲＸが第１デバイスであり、送電装置ＴＸが第２デバイスである。第１の実施の形態と同様に、送電装置ＴＸおよび受電装置ＲＸは、Ｑｉ規格に規定される通信プロトコルをサポートするものとし、さらに、暗号通信をサポートしている。

送電装置ＴＸおよび受電装置ＲＸの一方である第１デバイスＲＸから、それらの他方である第２デバイスＴＸに、非暗号通信Ｃにより所定の第２情報Ｙが送信される（Ｓ２００）。第２情報Ｙは、Ｑｉ規格において、Digital Pingフェーズにおいて受電装置ＲＸから送電装置ＴＸに送信すべきいくつかの情報のひとつを用いることができ、この場合、処理Ｓ２００は、Digital Pingフェーズに取り込まれる。一例として、第２情報Ｙは、ＳＳ（Signal Strength）値を用いることができる。あるいは第２情報Ｙとして、ＲｘＩＤを用いてもよい。

また第２デバイスＴＸは、Ｓ２００で受信した第２情報Ｙを暗号化し、暗号通信Ｄによって第１デバイスＲＸに送信する（Ｓ２０２）。

そして第１デバイスＲＸにおいて、非暗号通信Ｃにおいて送信した第２情報Ｙと、暗号通信Ｄにより受信したデータに含まれる第２情報Ｙ’にもとづいて、給電モードを決定する（Ｓ２０４）。第２デバイスＴＸが、電力が異なるいくつかの給電モードをサポートするとき、ＹとＹ’が不一致の場合、それらのうち、所定の給電モード（たとえば電力が大きな給電モード）での動作が禁止される。

図８は、第１デバイスＲＸにおける給電モードの決定（図７のＳ２０４）のフローチャートである。第１デバイスＲＸは、暗号通信Ｄにより第２情報Ｙ’を取得する（Ｓ２１０）。第１デバイスＲＸと第２デバイスＴＸの間の暗号通信が成功しているとき、第２情報Ｙ’は、それに先だってすでに送信した第２情報Ｙと一致する。第１デバイスＲＸは、第２情報Ｙと第２情報Ｙ’を比較し（Ｓ２１２）、それらが一致するとき（Ｓ２１２のＹ）、第１給電モードを選択し（Ｓ２１４）、不一致のとき（Ｓ２１２のＮ）、第２給電モードを選択する（Ｓ２１６）。第１給電モードは、相対的に電力が大きいモードであり、ＥＰＰモードであってもよい。第２給電モードは、相対的に電力が小さいモードであり、ＢＰＰモードであってもよい。

図９は、第１デバイスＲＸと第２デバイスＴＸの暗号通信Ｄのシーケンス図である。第２デバイスＴＸにおいて、共通鍵Ｋｃｏｍが生成される（Ｓ２２０）。また第１デバイスＲＸにおいて、公開鍵Ｋｐｕｂおよびそれと対を成す秘密鍵Ｋｐｒｖが生成される（Ｓ２２２）。公開鍵Ｋｐｕｂは、第２デバイスＴＸと第１デバイスＲＸのネゴシエーションごとに発生する乱数を用いることができる。あるいは、デバイスごとにランダムな公開鍵Ｋｐｕｂを保持しておいてもよい。

そして非暗号通信により、公開鍵Ｋｐｕｂを含む第１データＤ１が、第１デバイスＲＸから第２デバイスＴＸに送信される（Ｓ２２４）。

第２デバイスＴＸは、Ｓ２２４において受信した公開鍵Ｋｐｕｂを用いて、Ｓ２２０にて生成した共通鍵Ｋｃｏｍを暗号化し、第２データＤ２を生成する（Ｓ２２６）。そして第２データＤ２を第１デバイスＲＸに送信する（Ｓ２２８）。

第１デバイスＲＸにおいて、Ｓ２２２にて生成した秘密鍵Ｋｐｒｖを用いて、第２データＤ２を復号し、共通鍵Ｋｃｏｍを取り出す（Ｓ２３０）。この段階で、第１デバイスＲＸと第２デバイスＴＸの間で、共通鍵Ｋｃｏｍが共有されることとなる。

第２デバイスＴＸにおいて、共通鍵Ｋｃｏｍを用いて、非暗号通信Ｃにより受信した第２情報Ｙを暗号化し、第３データＤ３を生成する（Ｓ２３２）。そして第３データＤ３が、第２デバイスＴＸから第１デバイスＲＸに送信される（Ｓ２３４）。

第１デバイスＲＸは、第３データＤ３を、共通鍵Ｋｃｏｍを用いて復号し、第２情報Ｙ’を取得する（Ｓ２３６）。

以上が給電システム１００の制御方法である。この給電システム１００によれば、送電装置２００と受電装置３００の両方が、同じ暗号通信をサポートしていない限り、第１デバイスＲＸは、正しい第２情報Ｙと一致する第２情報Ｙ’を取得することができない。

送電装置２００および受電装置３００それぞれに含まれるハードウェア、あるいはソフトウェアに使用される暗号通信に関する情報を公開しなければ、同じベンダーが提供するハードウェア同士あるいはソフトウェア同士の組み合わせのみで、特定の給電モードを許可することができる。

続いて送電装置ＴＸおよび受電装置ＲＸの構成例を説明する。

図１０は、送電装置２００のブロック図である。送電装置２００は、送信アンテナ２０１、インバータ回路２０４、送電コントローラ２１０を備える。

復調器２１４は、非暗号通信Ｃによって受信した第２情報Ｙをメモリ２２０に格納する。また復調器２１４は、第１データＤ１に含まれる公開鍵Ｋｐｕｂをメモリ２２０に格納する。第１エンクリプタ２２４は、共通鍵Ｋｃｏｍを、公開鍵Ｋｐｕｂを用いて暗号化し、第２データＤ２を生成する。また第１エンクリプタ２２４は、メモリ２２０の第２情報Ｙを、公開鍵Ｋｐｕｂを用いて暗号化し、第３データＤ３を生成する。

続いて、図１０の送電装置２００と対をなす受電装置３００の構成を説明する。図１１は、受電装置３００のブロック図である。

変調器３１２は、第２情報Ｙを受け、非暗号通信Ｃにより送電装置２００に送信する。また鍵発生器３２２が生成する公開鍵Ｋｐｕｂを含む第１データＤ１を受け、送電装置２００に送信する。

また復調器３１４は、送電装置２００からの第２データＤ２、第３データＤ３を受信する。第１デクリプタ３２４は、第２データＤ２を、秘密鍵Ｋｐｒｖを用いて復号し、共通鍵Ｋｃｏｍを取り出してメモリ３２０に格納する。第２デクリプタ３２８は、第３データＤ３を共通鍵Ｋｃｏｍを用いて復号し、第２情報Ｙ’を取り出す。

モードセレクタ３３０は、先に送信した第２情報Ｙと、戻ってきた第２情報Ｙ’を比較し、比較結果にもとづいてモードを決定する。

なお、図１０の送電装置２００や図１１の受電装置３００の構成は例示であり、当業者によればさまざまな変形例が存在することが理解される。

（第３の実施の形態）
第１の実施の形態と第２の実施の形態は組み合わせることができる。図１２は、第３の実施の形態に係る給電システム１００のモード制御のフローチャートである。各ステップは、図２，図７と同様である。

第３の実施の形態に係るモード制御について詳細に説明する。図１３～図１６は、第３の実施の形態に係るモード制御のシーケンス図である。図１３には、Digital Pingフェーズと、Identification & Configurationフェーズが示される。

Digital Pingが開始する（１）。第１デバイスＲＸから、第２デバイスＴＸに、ＳＳ値が送信される（２）。ＳＳ値は第２情報Ｙに対応し、２は図７のＳ２００に対応する。ＳＳ値は、第２デバイスＴＸにおいてメモリに保持される（３）。

続いて、Identification & Configuration フェーズに移行する。第１デバイスＲＸは第２デバイスＴＸに、ＲｘＩＤを送信する（４）。ＲｘＩＤは、第１情報Ｘに対応し、４は、図２のＳ１００に対応する。ＲｘＩＤは、第２デバイスＴＸにおいてメモリに保持される（５）。

続いて、Configurationデータが、第１デバイスＲＸから第２デバイスＴＸに送信される（６）。Neg bitの値は0bにセットされる。

ＩＤ値が特定値であり、Neg bit=0bであるとき、アクノリッジＡＣＫが返され（７）、ネゴシエーションフェーズ（８，９）に移行する。

ＩＤ値が特定値でない、あるいはNeg bit=0bでないとき、ＢＰＰモード（第２給電モード）が選択され、パワートランスファーフェーズに移行する（１０，１１）。

図１４を参照する。第１デバイスＲＸにおいて秘密鍵および公開鍵が生成される（１、図４のＳ１２２、図９のＳ２２２）。秘密鍵および公開鍵のペアは、ＲＳＡ認証に用いられ、それぞれたとえば１６Ｂｙｔｅである。

第２デバイスＴＸにおいて共通鍵が生成される（２、図４のＳ１２０、図９のＳ２２０）。共通鍵は、ＡＥＳ認証に用いられ、たとえば１６Ｂｙｔｅである。

Rx Proprietaryパケットを利用して、公開鍵が第１デバイスＲＸから第２デバイスＴＸに送信され（３、図９のＳ２２４）、アクノリッジＡＣＫが返される（４）。

第２デバイスＴＸは、共通鍵を、公開鍵を用いてＲＳＡ暗号化する（５）。これは上述の第２データに対応する。

第１デバイスＲＸは、Tx Proprietaryパケットのrequestを送信し（６）、Tx Proprietaryパケットが返される（７）。続いて、第１デバイスＲＸは、Tx Proprietaryのrequestを送信し（８）、Tx Proprietaryパケットが返される（９）。７と９において第２データの先頭９Ｂｙｔｅと残りの７Ｂｙｔｅが分割して送信される（図４のＳ１２８、図９のＳ２２８）。

第１デバイスＲＸにおいて、第２データがＲＳＡ復号される（１０）。これにより第１デバイスＲＸは共通鍵を入手したことになる（図４のＳ１３０、図９のＳ２３０）。

図１５を参照する。第１デバイスＲＸにおいて、ＲｘＩＤ（第１情報）を、ＡＥＳ暗号化する（１）。そして暗号化したデータが、Rx Proprietaryパケット（第３データに対応）として第２デバイスＴＸに送信される（２）。これは図４のＳ１３４に対応する。

第２デバイスＴＸは、受信したデータをＡＥＳ復号する（３）。これは図４のＳ１３６に対応する。そして、３で取得したデータを受信済みのＲｘＩＤと比較し（図３のＳ１１４）、それらが一致した場合、アクノリッジを返す（４）。一致しない場合、送電（５）を停止する。

図１６を参照する。第２デバイスＴＸにおいて、受信済みのＳＳ値（第２情報）を、ＡＥＳ暗号化する（１、図９のＳ２３２）。これにより上述の第３データＤ３が生成される。第１デバイスＲＸは、Tx Proprietaryパケットのrequestを送信し（２）、Tx Proprietaryパケットが返される（３）。続いて、第１デバイスＲＸは、Tx Proprietaryのrequestを送信し（４）、Tx Proprietaryパケットが返される（５）。３と５において第３データＤ３の先頭９Ｂｙｔｅと残りの７Ｂｙｔｅが分割して送信される。

第１デバイスＲＸは、受信したデータをＡＥＳ復号する（６、図９のＳ２３６）。

第１デバイスＲＸは、６で取得したデータを、受信済みのＳＳ値と比較し（図８のＳ２１２）、それらが一致した場合、End Negotiationメッセージを送信し（７）、第１デバイスＲＸ、第２デバイスＴＸは、キャリブレーションフェーズに移行する（８，９）。

６で取得したデータが、受信済みのＳＳ値と不一致の場合、End Power Transferメッセージを送信し（１０）、第２デバイスＴＸは、送電を停止する（１１）。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

実施の形態において、第１情報としてＲｘＩＤを、第２情報としてＳＳ値を用いたがその限りでなく、第１情報としてＳＳ値を、第２情報としてＲｘＩＤを用いてもよい。あるいは、第１情報、第２情報として、ランダムな値を用いてもよい。この場合、Digital Pingフェーズの後に、Proprietaryパケットを利用して、第１情報や第２情報を送信すればよい。

第１～第３の実施の形態において、第１デバイスを送電装置、第２デバイスを受電装置に入れ替えた態様も、本発明の範囲に含まれる。

実施の形態にもとづき、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

ＴＸ 送電装置
ＲＸ 受電装置
１００ 給電システム
２００ 送電装置
２０１ 送信アンテナ
２０２ 送信コイル
２０３ 共振コンデンサ
２０４ インバータ回路
２０６ 復調器
２１０ 送電コントローラ
２１２ 変調器
２１４ 復調器
２２０ メモリ
２２２ 鍵発生器
２２４ 第１エンクリプタ
２２６ 第２デクリプタ
２２８ モードセレクタ
３００ 受電装置
３０１ 受信アンテナ
３０２ 受信コイル
３０３ 共振コンデンサ
３０４ 整流器
３０５ 平滑キャパシタ
３１０ 受電コントローラ
３１２ 変調器
３１４ 復調器
３２０ メモリ
３２２ 鍵発生器
３２４ 第１デクリプタ
３２６ 第２エンクリプタ
３２８ 第２デクリプタ
３３０ モードセレクタ

Claims (10)

1. ワイヤレス送電装置とワイヤレス受電装置を含むワイヤレス給電システムの制御方法であって、
   前記ワイヤレス受電装置である第１デバイスから、前記ワイヤレス送電装置である第２デバイスに、非暗号通信により所定の第１情報を送信するステップと、
   前記第１デバイスから前記第２デバイスに、暗号通信により前記第１情報を送信するステップと、
   前記第２デバイスにおいて、非暗号通信により受信した前記第１情報と暗号通信により受信した前記第１情報が不一致の場合に、特定の給電モードを禁止するステップと、
   を備え、
   暗号通信により前記第１情報を送信するステップは、
   前記第１デバイスが、公開鍵を含む第１データを前記第２デバイスに送信するステップと、
   前記第２デバイスが前記第１データを受信し、前記公開鍵を取得するステップと、
   前記第２デバイスが、共通鍵を生成し、前記公開鍵を用いて前記共通鍵を暗号化して第２データを生成し、前記第２データを前記第１デバイスに送信するステップと、
   前記第１デバイスが前記第２データを受信し、前記公開鍵に対応する秘密鍵を用いて前記第２データを復号することにより前記共通鍵を取得するステップと、
   前記第１デバイスが、前記共通鍵を用いて前記第１情報を暗号化して第３データを生成し、前記第３データを前記第２デバイスに送信するステップと、
   前記第２デバイスが、前記共通鍵を用いて前記第３データを復号し、前記第１情報を取得するステップと、
   を含み、
   前記制御方法は、
   前記第１デバイスから前記第２デバイスに、所定の第２情報を送信するステップと、
   前記第２デバイスが、前記共通鍵を用いて前記第２情報を暗号化して第４データを生成し、前記第４データを前記第１デバイスに送信するステップと、
   前記第１デバイスが、前記共通鍵を用いて前記第４データを復号し、前記第２情報を取得するステップと、
   前記第１デバイスにおいて、送信した前記第２情報と受信した前記第２情報が不一致の場合に、前記特定の給電モードを禁止するステップと、
   をさらに備え、
   前記第２情報は、Ｑｉ規格において前記ワイヤレス受電装置から前記ワイヤレス送電装置に送信することが規定されているＳＳ（Signal Strength）値であることを特徴とする制御方法。
2. 前記第１情報は、Ｑｉ規格において前記ワイヤレス受電装置から前記ワイヤレス送電装置に送信することが規定されている情報であることを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
3. 前記第１情報は、前記第１デバイスに固有のＩＤであることを特徴とする請求項２に記載の制御方法。
4. 前記第１デバイスから前記第２デバイスに、非暗号通信により所定の第２情報を送信するステップと、
   前記第２デバイスから前記第１デバイスに、暗号通信により前記第２情報を送信するステップと、
   前記第１デバイスにおいて、非暗号通信により送信した前記第２情報と暗号通信により受信した前記第２情報が不一致の場合に、前記特定の給電モードを禁止するステップと、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の制御方法。
5. ワイヤレス受電装置に電力信号を送信するワイヤレス送電装置に用いられる送電コントローラであって、
   Ｑｉ規格で定められたプロトコルを利用して、暗号通信が可能であり、前記ワイヤレス受電装置から前記暗号通信を用いて受信した情報が期待値と不一致の場合に、特定の給電モードが禁止され、
   前記送電コントローラは、
   非暗号通信により前記ワイヤレス受電装置から第１情報を受信し、
   前記暗号通信により前記ワイヤレス送電装置から前記第１情報を受信し、
   前記非暗号通信により受信した前記第１情報と、前記暗号通信により受信した前記第１情報が不一致の場合に、前記特定の給電モードが禁止され、
   前記送電コントローラは、
   前記ワイヤレス受電装置から、公開鍵を含む第１データを受信し、
   共通鍵を生成し、当該共通鍵を前記公開鍵を用いて暗号化して第２データを生成し、前記第２データを前記ワイヤレス受電装置に送信し、
   前記共通鍵を用いて暗号化された前記第１情報を含む第３データを前記ワイヤレス受電装置から受信し、
   前記共通鍵を用いて前記第３データを復号し、前記第１情報を取得し、
   前記送電コントローラは、
   非暗号通信により前記ワイヤレス受電装置から所定の第２情報を受信し、
   前記第２情報を前記共通鍵を用いて暗号化して第４データを生成し、前記第４データを前記ワイヤレス受電装置に送信し、
   前記第２情報は、Ｑｉ規格において前記ワイヤレス受電装置から前記ワイヤレス送電装置に送信することが規定されているＳＳ（Signal Strength）値であることを特徴とする送電コントローラ。
6. ワイヤレス送電装置とワイヤレス受電装置を含むワイヤレス給電システムの制御方法であって、
   前記ワイヤレス受電装置および前記ワイヤレス送電装置の一方である第１デバイスから、それらの他方である第２デバイスに、非暗号通信により所定情報を送信するステップと、
   前記第２デバイスから前記第１デバイスに、暗号通信により前記所定情報を送信するステップと、
   前記第１デバイスにおいて、非暗号通信により送信した前記所定情報と暗号通信により受信した前記所定情報が不一致の場合に、特定の給電モードを禁止するステップと、
   を備え、
   前記所定情報はＳＳ（Signal Strength）値であることを特徴とする制御方法。
7. 暗号通信により前記所定情報を送信するステップは、
   前記第１デバイスが、公開鍵を含む第１データを前記第２デバイスに送信するステップと、
   前記第２デバイスが前記第１データを受信し、前記公開鍵を取得するステップと、
   前記第２デバイスが、共通鍵を生成し、前記公開鍵を用いて前記共通鍵を暗号化して第２データを生成し、前記第２データを前記第１デバイスに送信するステップと、
   前記第１デバイスが前記第２データを受信し、前記公開鍵に対応する秘密鍵を用いて前記第２データを復号することにより前記共通鍵を取得するステップと、
   前記第２デバイスが、前記共通鍵を用いて前記所定情報を暗号化して第３データを生成し、前記第３データを前記第１デバイスに送信するステップと、
   前記第１デバイスが、前記共通鍵を用いて前記第３データを復号し、前記所定情報を取得するステップと、
   を含むことを特徴とする請求項６に記載の制御方法。
8. 前記第１デバイスは前記ワイヤレス受電装置であり、前記第２デバイスは前記ワイヤレス送電装置であることを特徴とする請求項７に記載の制御方法。
9. ワイヤレス送電装置からの電力信号を受信するワイヤレス受電装置に用いられる受電コントローラであって、
   Ｑｉ規格で定められたプロトコルを利用して、暗号通信が可能であり、前記ワイヤレス受電装置から前記暗号通信を用いて受信した情報が期待値と不一致の場合に、特定の給電モードが禁止され、
   前記受電コントローラは、
   非暗号通信により前記ワイヤレス送電装置に所定情報を送信し、
   前記暗号通信により前記ワイヤレス送電装置から前記所定情報を受信し、
   前記非暗号通信により送信した前記所定情報と、前記暗号通信により受信した前記所定情報が不一致の場合に、前記特定の給電モードが禁止され、
   前記所定情報はＳＳ（Signal Strength）値であることを特徴とする受電コントローラ。
10. 前記受電コントローラは、
    公開鍵を含む第１データを前記ワイヤレス送電装置に送信し、
    前記ワイヤレス送電装置から、前記公開鍵を用いて共通鍵を暗号化して得られる第２データを受信し、
    前記公開鍵に対応する秘密鍵を用いて前記第２データを復号することにより前記共通鍵を取得し、
    前記ワイヤレス送電装置から、前記共通鍵を用いて前記所定情報を暗号化して得られる第３データを受信し、
    前記共通鍵を用いて前記第３データを復号し、前記所定情報を取得することを特徴とする請求項９に記載の受電コントローラ。

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