特許 6122851 無線電力を用いた通信システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6122851

(24)【登録日】2017年4月7日

(45)【発行日】2017年4月26日

(54)【発明の名称】無線電力を用いた通信システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/10 20160101AFI20170417BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20170417BHJP

【ＦＩ】

   H02J50/10

   H02J7/00 301D

【請求項の数】17

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2014-527080(P2014-527080)

(86)(22)【出願日】2012年8月24日

(65)【公表番号】特表2014-524732(P2014-524732A)

(43)【公表日】2014年9月22日

(86)【国際出願番号】KR2012006785

(87)【国際公開番号】WO2013028038

(87)【国際公開日】20130228

【審査請求日】2015年4月16日

(31)【優先権主張番号】10-2011-0084695

(32)【優先日】2011年8月24日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】503447036

【氏名又は名称】サムスン エレクトロニクス カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000051

【氏名又は名称】特許業務法人共生国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】キム， サン ジュン

(72)【発明者】

【氏名】クォン， ウィ ゴン

【審査官】 安井 雅史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１０９８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０７４０８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−３５６７６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−９６３００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３５３０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／１４０２１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平９−２１３５９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｆ ３８／１４

３８／１８

Ｈ０２Ｊ ７／００− ７／１２

７／３４− ７／３６

５０／００−５０／９０

Ｈ０４Ｂ ５／００− ５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ソース共振器に格納されたエネルギーを相互共振によってターゲット共振器に送信する送信部と、
前記ソース共振器で消費されるエネルギーを補償するエネルギー補償部と、
前記ソース共振器にエネルギーを供給する電気的な接続を制御する制御部と、
前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振によって、前記ターゲット共振器から送信されたエネルギーを受信する受信部と、
前記受信したエネルギーの波形を検出することにより相互共振が起こったかどうかを判断し、前記相互共振が起こったかどうかに基づいて前記ターゲット共振器が送信した情報を復調する復調部と、を備え、
前記エネルギー補償部は、前記ソース共振器で消費されるエネルギーを検出する検出部と、
前記検出されたエネルギーを補償する補償部とを含み、
前記ソース共振器で消費されるエネルギーとは、前記ソース共振器に格納されたエネルギーのうち、相互共振によって伝えられたエネルギーを除いた残りの部分であり、
前記補償部は、前記ソース共振器のＱファクターが所定の値以上を有するよう予め設定された補償条件に応じて能動素子を用いて前記ソース共振器で消費されるエネルギーを補償することを特徴とする無線電力を用いた通信装置。

【請求項2】

前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振を用いて情報を変調する変調部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の無線電力を用いた通信装置。

【請求項3】

前記変調部は、前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間で相互共振が発生したかどうかに従って前記情報を変調することを特徴とする請求項２に記載の無線電力を用いた通信装置。

【請求項4】

前記変調部は、前記ソース共振器に格納されたエネルギーのレベルを量子化することによって情報を変調することを特徴とする請求項２に記載の無線電力を用いた通信装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記ソース共振器のキャパシタにエネルギーが格納される間は電源供給装置とソース共振器を電気的に接続するスイッチをＯＮにし、正常状態で前記ソース共振器に充電された電力が前記制御部に設定された所定値に達すれば、前記スイッチをＯＦＦにする制御を実行したかどうかによって、前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振が発生したかどうかを判断することを特徴とする請求項１に記載の無線電力を用いた通信装置。

【請求項6】

前記制御部は、電力供給装置から前記エネルギー補償部にエネルギーが供給されるように、前記電力供給装置と前記エネルギー補償部との電気的な接続を制御することを特徴とする請求項１に記載の無線電力を用いた通信装置。

【請求項7】

ターゲット共振器に格納されたエネルギーを相互共振によってソース共振器に送信する送信部と、
前記ターゲット共振器で消費されるエネルギーを補償するエネルギー補償部と、
前記ターゲット共振器と前記ターゲット共振器からエネルギーが供給される負荷との電気的な接続を制御する制御部と、
前記ターゲット共振器と前記ソース共振器との間の相互共振によって、前記ソース共振器から送信されたエネルギーを受信する受信部と、
前記受信したエネルギーの波形を検出することにより相互共振が起こったかどうかを判断し、前記相互共振が起こったかどうかに基づいて前記ソース共振器が送信した情報を復調する復調部と、を備え、
前記エネルギー補償部は、前記ターゲット共振器で消費されるエネルギーを検出する検出部と、
前記検出されたエネルギーを補償する補償部とを含み、
前記ターゲット共振器で消費されるエネルギーとは、前記ターゲット共振器に格納されたエネルギーのうち、相互共振によって伝えられたエネルギーを除いた残りの部分であり、
前記補償部は、前記ターゲット共振器のＱファクターが所定の値以上を有するよう予め設定された補償条件に応じて能動素子を用いて前記ターゲット共振器で消費されるエネルギーを補償することを特徴とする無線電力を用いた通信装置。

【請求項8】

前記ターゲット共振器と前記ソース共振器との間の相互共振を用いて情報を変調する変調部をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の無線電力を用いた通信装置。

【請求項9】

前記制御部は、前記ターゲット共振器の共振周波数の変化によって前記ターゲット共振器と前記ソース共振器との間の相互共振が発生したかどうかを決定することを特徴とする請求項７に記載の無線電力を用いた通信装置。

【請求項10】

前記エネルギー補償部の駆動に用いられるエネルギーを供給する駆動電源部をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の無線電力を用いた通信装置。

【請求項11】

前記制御部は、前記ターゲット共振器で受信したエネルギーの大きさをモニタリングするモニタリング部と、
前記モニタリングしたエネルギーの大きさが所定の期間内でピーク値を有する場合、前記ターゲット共振器に格納されたエネルギーをキャプチャー（ｃａｐｔｕｒｅ）するキャプチャリング部と、
前記キャプチャーしたエネルギーを用いて前記駆動電源部より供給されたエネルギーを補償する補償部とを含むことを特徴とする請求項１０に記載の無線電力を用いた通信装置。

【請求項12】

ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振を用いて情報を変調する第１変調部と、
前記ソース共振器に格納されたエネルギーを相互共振によって前記ターゲット共振器に送信する第１送信部と、
前記ソース共振器で消費されるエネルギーを補償する第１エネルギー補償部と、
前記ソース共振器にエネルギーを供給する電気的な接続を制御する第１制御部と、
前記ターゲット共振器と前記ソース共振器との間の相互共振によって、前記ソース共振器から送信されたエネルギーを受信する第１受信部と、
前記受信したエネルギーの波形を検出することにより相互共振が起こったかどうかを判断し、前記相互共振が起こったかどうかに基づいて前記ソース共振器が送信した情報を復調する第１復調部と、
前記ターゲット共振器で消費されるエネルギーを補償する第２エネルギー補償部と、
前記ターゲット共振器と前記ターゲット共振器からエネルギーが供給される負荷との電気的な接続を制御する第２制御部と、
前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振によって、前記ターゲット共振器から送信されたエネルギーを受信する第２受信部と、
前記受信するエネルギーの波形を検出することにより相互共振が起こったかどうかを判断し、前記相互共振が起こったかどうかに基づいて前記ターゲット共振器が送信した情報を復調する第２復調部とを備え、
前記ソース共振器で消費されるエネルギーとは、前記ソース共振器に格納されたエネルギーのうち、相互共振によって伝えられたエネルギーを除いた残りの部分であり、
前記第１エネルギー補償部は、前記ソース共振器のＱファクターが所定の値以上を有するよう予め設定された補償条件に応じて能動素子を用いて前記ソース共振器で消費されるエネルギーを補償し、
前記第２エネルギー補償部は、前記ターゲット共振器のＱファクターが所定の値以上を有するよう予め設定された補償条件に応じて能動素子を用いて前記ターゲット共振器で消費されるエネルギーを補償することを特徴とする無線電力を用いた通信システム。

【請求項13】

前記ターゲット共振器と前記ソース共振器との間の相互共振を用いて情報を変調する第２変調部と、
前記ターゲット共振器に格納されたエネルギーを相互共振によって前記ソース共振器に送信する第２送信部とをさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の無線電力を用いた通信システム。

【請求項14】

ソース共振器で消費されるエネルギーを補償するステップと、
前記ソース共振器にエネルギーを供給する電気的な接続を制御するステップと、
前記ソース共振器に格納されたエネルギーを相互共振によってターゲット共振器に送信するステップと、
前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振によって、前記ターゲット共振器から送信されたエネルギーを受信するステップと、
前記受信したエネルギーの波形を検出することにより相互共振が起こったかどうかを判断し、前記相互共振が起こったかどうかに基づいて前記ターゲット共振器が送信した情報を復調するステップと、を有し、
前記ソース共振器で消費されるエネルギーとは、前記ソース共振器に格納されたエネルギーのうち、相互共振によって伝えられたエネルギーを除いた残りの部分であり、
前記エネルギーを補償するステップは、前記ソース共振器のＱファクターが所定の値以上を有するよう予め設定された補償条件に応じて能動素子を用いて前記ソース共振器に格納されたエネルギーの内、相互共振によって伝えられたエネルギーを除いた残りの部分であるエネルギーを補償するステップを含むことを特徴とする無線電力を用いた通信方法。

【請求項15】

前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振を用いて情報を変調するステップをさらに有することを特徴とする請求項１４に記載の無線電力を用いた通信方法。

【請求項16】

ターゲット共振器で消費されるエネルギーを補償するステップと、
前記ターゲット共振器と前記ターゲット共振器からエネルギーが供給される負荷との電気的な接続を制御するステップと、
前記ターゲット共振器に格納されたエネルギーを相互共振によってソース共振器に送信するステップと、
前記ターゲット共振器と前記ソース共振器との間の相互共振によって、前記ソース共振器から送信されたエネルギーを受信するステップと、
前記受信したエネルギーの波形を検出することにより相互共振が起こったかどうかを判断し、前記相互共振が起こったかどうかに基づいて前記ソース共振器が送信した情報を復調するステップと、を有し、
前記ターゲット共振器で消費されるエネルギーとは、前記ターゲット共振器に格納されたエネルギーのうち、相互共振によって伝えられたエネルギーを除いた残りの部分であり、
前記エネルギーを補償するステップは、前記ターゲット共振器のＱファクターが所定の値以上を有するよう予め設定された補償条件に応じて能動素子を用いて前記ターゲット共振器に格納されたエネルギーの内、相互共振によって伝えられたエネルギーを除いた残りの部分であるエネルギーを補償するステップを含むことを特徴とする無線電力を用いた通信方法。

【請求項17】

前記ターゲット共振器と前記ソース共振器との間の相互共振を用いて情報を変調するステップをさらに有することを特徴とする請求項１６に記載の無線電力を用いた通信方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無線電力送信に関する。

【背景技術】

【0002】

無線電力送信に対する研究は、携帯機器を含む多様な機器の爆発的な増加による有線電力供給の不便さの増加及び既存のバッテリ（ｂａｔｔｅｒｙ）容量の限界などを克服するために始まった。
その中でも近距離無線電力送信に対する研究が盛んに行われている。
近距離無線電力送信とは、動作周波数で波長の長さに比べて送受信コイル間の距離が十分に小さい場合を意味する。
共振特性を用いる無線電力送受信システムは、電力を供給するソースと電力が供給されるターゲットを含む。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明の目的は、ソース共振器の内部抵抗及び放射抵抗で消費されるエネルギー、ターゲット共振器の内部抵抗及び放射抵抗で消費されるエネルギーを負の抵抗を用いて補償する無線電力を用いた通信装置及び方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の一態様によれば無線電力を用いた通信装置は、ソース共振器に格納されたエネルギーを相互共振によってターゲット共振器に送信する送信部と、前記ソース共振器で消費されるエネルギーを補償するエネルギー補償部と、前記ソース共振器にエネルギーを供給する電気的な接続を制御する制御部と、前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振によって、前記ターゲット共振器から送信されたエネルギーを受信する受信部と、前記受信したエネルギーの波形を検出することにより相互共振が起こったかどうかを判断し、前記相互共振が起こったかどうかに基づいて前記ターゲット共振器が送信した情報を復調する復調部と、を備え、前記エネルギー補償部は、前記ソース共振器で消費されるエネルギーを検出する検出部と、前記検出されたエネルギーを補償する補償部とを含み、前記ソース共振器で消費されるエネルギーとは、前記ソース共振器に格納されたエネルギーのうち、相互共振によって伝えられたエネルギーを除いた残りの部分であり、前記補償部は、前記ソース共振器のＱファクターが所定の値以上を有するよう予め設定された補償条件に応じて能動素子を用いて前記ソース共振器で消費されるエネルギーを補償することを特徴とする。

【0005】

前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振を用いて情報を変調する変調部をさらに備えることが好ましい。
前記変調部は、前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間で相互共振が発生したかどうかに従って前記情報を変調することが好ましい。
前記変調部は、前記ソース共振器に格納されたエネルギーのレベルを量子化することによって情報を変調することが好ましい。
前記制御部は、前記ソース共振器のキャパシタにエネルギーが格納される間は電源供給装置とソース共振器を電気的に接続するスイッチをＯＮにし、正常状態で前記ソース共振器に充電された電力が前記制御部に設定された所定値に達すれば、前記スイッチをＯＦＦにする制御を実行したかどうかによって、前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振が発生したかどうかを判断することが好ましい。
前記制御部は、電力供給装置から前記エネルギー補償部にエネルギーが供給されるように、前記電力供給装置と前記エネルギー補償部との電気的な接続を制御することが好ましい。

【0006】

本発明の一態様によれば、無線電力を用いた通信装置は、ターゲット共振器に格納されたエネルギーを相互共振によってソース共振器に送信する送信部と、前記ターゲット共振器で消費されるエネルギーを補償するエネルギー補償部と、前記ターゲット共振器と前記ターゲット共振器からエネルギーが供給される負荷との電気的な接続を制御する制御部と、前記ターゲット共振器と前記ソース共振器との間の相互共振によって、前記ソース共振器から送信されたエネルギーを受信する受信部と、前記受信したエネルギーの波形を検出することにより相互共振が起こったかどうかを判断し、前記相互共振が起こったかどうかに基づいて前記ソース共振器が送信した情報を復調する復調部と、を備え、前記エネルギー補償部は、前記ターゲット共振器で消費されるエネルギーを検出する検出部と、前記検出されたエネルギーを補償する補償部とを含み、前記ターゲット共振器で消費されるエネルギーとは、前記ターゲット共振器に格納されたエネルギーのうち、相互共振によって伝えられたエネルギーを除いた残りの部分であり、前記補償部は、前記ターゲット共振器のＱファクターが所定の値以上を有するよう予め設定された補償条件に応じて能動素子を用いて前記ターゲット共振器で消費されるエネルギーを補償することを特徴とする。

【0007】

前記ターゲット共振器と前記ソース共振器との間の相互共振を用いて情報を変調する変調部をさらに備えることが好ましい。
前記制御部は、前記ターゲット共振器の共振周波数の変化によって前記ターゲット共振器と前記ソース共振器との間の相互共振が発生したかどうかを決定することが好ましい。
前記エネルギー補償部の駆動に用いられるエネルギーを供給する駆動電源部をさらに備えることが好ましい。
前記制御部は、前記ターゲット共振器で受信したエネルギーの大きさをモニタリングするモニタリング部と、前記モニタリングしたエネルギーの大きさが所定の期間内でピーク値を有する場合、前記ターゲット共振器に格納されたエネルギーをキャプチャー（ｃａｐｔｕｒｅ）するキャプチャリング部と、前記キャプチャーしたエネルギーを用いて前記駆動電源部より供給されたエネルギーを補償する補償部とを含むことが好ましい。

【0008】

本発明の一態様によれば、無線電力を用いた通信システムは、ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振を用いて情報を変調する第１変調部と、前記ソース共振器に格納されたエネルギーを相互共振によって前記ターゲット共振器に送信する第１送信部と、前記ソース共振器で消費されるエネルギーを補償する第１エネルギー補償部と、前記ソース共振器にエネルギーを供給する電気的な接続を制御する第１制御部と、前記ターゲット共振器と前記ソース共振器との間の相互共振によって、前記ソース共振器から送信されたエネルギーを受信する第１受信部と、前記受信したエネルギーの波形を検出することにより相互共振が起こったかどうかを判断し、前記相互共振が起こったかどうかに基づいて前記ソース共振器が送信した情報を復調する第１復調部と、前記ターゲット共振器で消費されるエネルギーを補償する第２エネルギー補償部と、前記ターゲット共振器と前記ターゲット共振器からエネルギーが供給される負荷との電気的な接続を制御する第２制御部と、前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振によって、前記ターゲット共振器から送信されたエネルギーを受信する第２受信部と、前記受信するエネルギーの波形を検出することにより相互共振が起こったかどうかを判断し、前記相互共振が起こったかどうかに基づいて前記ターゲット共振器が送信した情報を復調する第２復調部とを備え、前記ソース共振器で消費されるエネルギーとは、前記ソース共振器に格納されたエネルギーのうち、相互共振によって伝えられたエネルギーを除いた残りの部分であり、前記第１エネルギー補償部は、前記ソース共振器のＱファクターが所定の値以上を有するよう予め設定された補償条件に応じて能動素子を用いて前記ソース共振器で消費されるエネルギーを補償し、前記第２エネルギー補償部は、前記ターゲット共振器のＱファクターが所定の値以上を有するよう予め設定された補償条件に応じて能動素子を用いて前記ターゲット共振器で消費されるエネルギーを補償することを特徴とする。

【0009】

前記ターゲット共振器と前記ソース共振器との間の相互共振を用いて情報を変調する第２変調部と、前記ターゲット共振器に格納されたエネルギーを相互共振によって前記ソース共振器に送信する第２送信部とをさらに備えることが好ましい。

【0010】

本発明の一態様によれば、無線電力を用いた通信方法は、ソース共振器で消費されるエネルギーを補償するステップと、前記ソース共振器にエネルギーを供給する電気的な接続を制御するステップと、前記ソース共振器に格納されたエネルギーを相互共振によってターゲット共振器に送信するステップと、前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振によって、前記ターゲット共振器から送信されたエネルギーを受信するステップと、前記受信したエネルギーの波形を検出することにより相互共振が起こったかどうかを判断し、前記相互共振が起こったかどうかに基づいて前記ターゲット共振器が送信した情報を復調するステップと、を有し、前記ソース共振器で消費されるエネルギーとは、前記ソース共振器に格納されたエネルギーのうち、相互共振によって伝えられたエネルギーを除いた残りの部分であり、前記エネルギーを補償するステップは、前記ソース共振器のＱファクターが所定の値以上を有するよう予め設定された補償条件に応じて能動素子を用いて前記ソース共振器に格納されたエネルギーの内、相互共振によって伝えられたエネルギーを除いた残りの部分であるエネルギーを補償するステップを含むことを特徴とする。

【0011】

前記ソース共振器と前記ターゲット共振器との間の相互共振を用いて情報を変調するステップをさらに有することが好ましい。

【0012】

本発明の一態様によれば、無線電力を用いた通信方法は、ターゲット共振器で消費されるエネルギーを補償するステップと、前記ターゲット共振器と前記ターゲット共振器からエネルギーが供給される負荷との電気的な接続を制御するステップと、前記ターゲット共振器に格納されたエネルギーを相互共振によってソース共振器に送信するステップと、前記ターゲット共振器と前記ソース共振器との間の相互共振によって、前記ソース共振器から送信されたエネルギーを受信するステップと、前記受信したエネルギーの波形を検出することにより相互共振が起こったかどうかを判断し、前記相互共振が起こったかどうかに基づいて前記ソース共振器が送信した情報を復調するステップと、を有し、前記ターゲット共振器で消費されるエネルギーとは、前記ターゲット共振器に格納されたエネルギーのうち、相互共振によって伝えられたエネルギーを除いた残りの部分であり、前記エネルギーを補償するステップは、前記ターゲット共振器のＱファクターが所定の値以上を有するよう予め設定された補償条件に応じて能動素子を用いて前記ターゲット共振器に格納されたエネルギーの内、相互共振によって伝えられたエネルギーを除いた残りの部分であるエネルギーを補償するステップを含むことを特徴とする。

【0013】

前記ターゲット共振器と前記ソース共振器との間の相互共振を用いて情報を変調するステップをさらに有することが好ましい。

【発明の効果】

【0014】

本発明によると、無線電力を用いた通信装置において、ソース共振器の内部抵抗及び放射抵抗で消費されるエネルギー、ターゲット共振器の内部抵抗及び放射抵抗で消費されるエネルギーを負の抵抗を用いて補償することによって、ソース共振器のＱ値及びターゲット共振器のＱ値を高めることができるという効果がある。
また、Ｑ値が高まることによりソース共振器とターゲット共振器との間にデータ送信性能を向上させることができるという効果がある。
また、ターゲット端で負の抵抗を用いるために必要なエネルギーをターゲット共振器に格納されたエネルギーでキャプチャリングすることによって補償することができるという効果がある。
結果的にターゲット端で別途の追加エネルギーが供給されることなくターゲット共振器で消費されるエネルギーを補償することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態に係る電力入力部と電力送信部、受信部と電力出力部がキャパシタ及びスイッチによって物理的に分離する無線電力を用いた通信システムの等価回路図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る電力充填部と送信部、充填部と電力出力部がスイッチによって物理的に分離する無線電力を用いた通信システムの等価回路図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る無線電力を用いた通信装置のブロック図である。

【図4】本発明の他の実施形態に係る無線電力を用いた通信装置のブロック図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る無線電力を用いた通信システムのブロック図である。

【図6】本発明の一実施形態に係る無線電力を用いた通信システムの等価回路図である。

【図7】本発明の一実施形態に係る無線電力を用いた通信システムで、強く相互結合したソース共振器及びターゲット共振器に印加されるエネルギーの変化を示すグラフである。

【図8】本発明の一実施形態に係る無線電力を用いた通信システムで弱く相互結合したソース共振器及びターゲット共振器に印加されるエネルギーの変化を示すグラフである。

【図9】ソース共振器とターゲット共振器との間の距離とＱ値による相互結合動作の特性を示すグラフである。

【図10】本発明の一実施形態に係る無線電力を用いた通信システムでエネルギーの補償によってソース共振器のＱ値が増加する場合、ソース共振器に印加されるエネルギーの変化を示すグラフである。

【図11】本発明の一実施形態に係る無線電力を用いた通信システムでエネルギーの補償によってターゲット共振器のＱ値が増加する場合、ターゲット共振器に印加されるエネルギーの変化を示すグラフである。

【図12】ターゲット共振器で負の抵抗を使用した場合と使用していない場合に格納されるエネルギーを示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

次に、本発明に係る無線電力を用いた通信システムを実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。

【0017】

本発明の一実施形態に係る無線電力を用いる通信システムは、無線電力送信を必要とする多様なシステムに応用される。
例えば、携帯電話又は無線テレビ（ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＴＶ）など、無線電力送信を用いるシステムで送受信端間の制御情報及び他の情報交換に利用される。また、バイオヘルスケア（ｂｉｏ ｈｅａｌｔｈ ｃａｒｅ）分野に応用可能であり、人体に挿入されたデバイスに遠隔で電力を送信したり、心拍数を測定するための包帯タイプのデバイスに無線で電力を送信するために応用され得る。

【0018】

また、本発明の一実施形態に係る無線電力を用いる通信システムは、電源ソースのない情報格納装置の遠隔制御にも応用され得る。
本発明の一実施形態に係る無線電力を用いる通信システムは、情報格納装置に遠隔で装置を駆動する電力を供給すると同時に、無線で格納装置に格納された情報を呼び起こすシステムに応用され得る。

【0019】

無線電力を用いる通信システムは、信号を発生するために電源供給装置からエネルギーをソース共振器に格納し、電源供給装置とソース共振器を電気的に接続するスイッチをオフさせることで、ソース共振器の自己共振を誘導することができる。
自己共振するソース共振器と相互共振を行う程十分に近い距離にソース共振器の共振周波数と同じ共振周波数を有するターゲット共振器が存在する場合、ソース共振器とターゲット共振器との間に相互共振の現象が発生する。
ソース共振器は有線又は無線の電源供給装置からエネルギーが供給される共振器を意味し、ターゲット共振器はソース共振器との相互共振現象によってエネルギーが伝達される共振器を意味する。

【0020】

図１は、本発明の一実施形態に係る電力入力部と電力送信部、受信部と電力出力部がキャパシタ及びスイッチによって物理的に分離する無線電力を用いる通信システムの等価回路図である。
図１を参照すると、無線電力を用いる通信システムは、ソース装置とターゲット装置から構成されるソース−ターゲット構造である。
無線電力を用いる通信システムは、ソースに該当する無線電力送信装置とターゲットに該当する無線電力受信装置を備える。

【0021】

無線電力送信装置は、電力入力部１１０、電力送信部１２０及びスイッチ部１３０を備えている。
電力入力部１１０は電源供給装置を用いてキャパシタにエネルギーを格納する。
スイッチ部１３０は、キャパシタにエネルギーが格納される間は電力入力部１１０にキャパシタを接続し、キャパシタに格納されたエネルギーを放電する間は電力入力部１１０に接続されたキャパシタを電力送信部１２０に接続する。
スイッチ部１３０は、キャパシタが同時に電力入力部１１０及び電力送信部１２０に接続されないようにする。

【0022】

電力送信部１２０は、電磁気（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）エネルギーを受信部１４０に伝達（ｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ）する。
より具体的には、電力送信部１２０の送信コイルＬ_１は受信部１３０の受信コイルＬ_２との相互共振によって電力を伝達する。
送信コイルＬ_１と受信コイルＬ_２との間に発生する相互共振の程度は相互インダクタンスＭの影響を受ける。

【0023】

電力入力部１１０は入力電圧Ｖ_ＤＣ、内部抵抗Ｒ_ｉｎ及びキャパシタＣ_１に、電力送信部１２０は電力送信部１２０に対応する物理的な性質を反映して、基礎回路素子Ｒ_１、Ｌ_１、Ｃ_１に、スイッチ部１３０は複数のスイッチにモデリングされる。
スイッチとして、オン／オフ機能を行うことのできる能動素子が用いられてもよい。Ｒは抵抗成分、Ｌはインダクタ成分、Ｃはキャパシタ成分を意味する。入力電圧Ｖ_ＤＣのうちキャパシタＣ_１に負荷される電圧はＶ_ｉｎのように表示される。

【0024】

無線電力受信装置は、受信部１４０、電力出力部１５０及びスイッチ部１６０を備える。
受信部１４０は、電力送信部１２０から電磁気エネルギーを受信する。
受信部１４０は、受信した電磁気エネルギーを接続されたキャパシタに格納する。
スイッチ部１６０は、キャパシタにエネルギーが格納される間には受信部１４０にキャパシタを接続し、キャパシタに格納されたエネルギーを負荷に伝達する間は受信部１４０に接続されたキャパシタを電力出力部１５０に接続する。スイッチ部１６０は、キャパシタが同時に受信部１４０及び電力出力部１５０に接続されないようにする。

【0025】

具体的には、受信部１４０の受信コイルＬ_２は、電力送信部１２０の送信コイルＬ_１との相互共振によって電力を受信する。受信された電力によって受信コイルＬ_２と接続されたキャパシタが充電される。電力出力部１５０はキャパシタに充電された電力をバッテリに伝達する。電力出力部１５０はバッテリの代わりに、負荷又はターゲットデバイスに電力を伝達してもよい。

【0026】

受信部１４０は、受信部１４０に対応する物理的な性質を基礎回路素子（Ｒ_２、Ｌ_２、Ｃ_２）に、電力出力部１５０は接続されるキャパシタＣ_２及びバッテリに、スイッチ部１６０は複数のスイッチにモデリングされる。
受信コイルＬ_２で受信されるエネルギーのうち、キャパシタＣ_２に負荷される電圧はＶ_ｏｕｔのように表示される。

【0027】

上記のように電力入力部１１０と電力送信部１２０、受信部１４０と電力出力部１５０を物理的に分離して電力を送信する、いわゆるＲＩ（Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）システムは、インピーダンスマッチングを用いた従来の方式に比べて様々な長所を有する。
第１に、ＤＣ電源からソース共振器に直接電力を供給することが可能であるため電力増幅器を使用しなくてもよい。
第２に、受信端のキャパシタに充電された電力でエネルギーをキャプチャー（ｃａｐｔｕｒｅ）するため、整流器を通した整流作業を必要としない。第３に、インピーダンスマッチングを行う必要がないことから、送信効率が送信端と受信端との間の距離変化に敏感ではない。また、複数の送信端及び複数の受信端を備える無線電力送信システムにおける拡張が容易である。

【0028】

図２は、本発明の一実施形態に係る電力充填部と送信部、充填部と電力出力部がスイッチによって物理的に分離する無線電力を用いる通信システムの等価回路図である。
図２を参照すると、無線電力を用いる通信システムは、ソース装置とターゲット装置から構成されるソース−ターゲット構造である。
すなわち、無線電力を用いる通信システムは、ソースに該当する無線電力伝送装置とターゲットに該当する無線電力受信装置を備えている。

【0029】

無線電力伝送装置は、電力充電部２１０、制御部２２０及び送信部２３０を備えている。
電力充電部２１０は、電源供給装置Ｖ_ｉｎと抵抗Ｒ_ｉｎから構成される。
ソース共振器は、キャパシタＣ_１とインダクタＬ_１から構成される。
送信部２３０は、ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振によってソース共振器に格納されたエネルギーを送信する。

【0030】

制御部２２０は、電力充電部２１０からソース共振器に電力を供給するためにスイッチをオン（ｏｎ）する。
電源供給装置Ｖ_ｉｎからキャパシタＣ_１に電圧が印加され、インダクタＬ_１に電流が印加される。正常状態になると、キャパシタＣ_１に印加される電圧は「０」になり、インダクタＬ_１に流れる電流はＶ_ｉｎ／Ｒ_ｉｎの値を有するようになる。正常状態においてインダクタＬ_１には印加される電流によって電力が充電される。

【0031】

制御部２２０は、正常状態でソース共振器に充電された電力が所定値に達すれば、スイッチをオフ（ｏｆｆ）する。
所定値に関する情報は、制御部２２０に設定される。電力充電部２１０と送信部２３０は分離され、ここで、ソース共振器は、キャパシタＣ_１とインダクタＬ_１との間に自己共振を始める。相互インダクタンスＭ２７０を考慮するソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振によってソース共振器に格納されたエネルギーはターゲット共振器に伝えられる。

【0032】

ここで、ソース共振器の共振周波数ｆ_１とターゲット共振器の共振周波数ｆ_２は同一である。

【数1】

【0033】

無線電力受信装置は、充電部２４０、制御部２５０及び電力出力部２６０を備える。
ターゲット共振器は、キャパシタＣ_２とインダクタＬ_２から構成される。ソース共振器とターゲット共振器との間で相互共振するとき、ソース共振器は電源供給装置Ｖ_ｉｎと分離され、ターゲット共振器は負荷（ＬＯＡＤ）及びキャパシタＣ_Ｌと分離される。
ターゲット共振器のキャパシタＣ_２とインダクタＬ_２は相互共振によって電力を充電する。

【0034】

制御部２５０は、ターゲット共振器に電力を充電するためにスイッチをオフ（ｏｆｆ）にする。
スイッチがオフの間に、ターゲット共振器の共振周波数とソース共振器の共振周波数は一致して相互共振が発生する。
制御部２５０はターゲット共振器に充電された電力が所定値に達すると、スイッチをオン（ｏｎ）する。
所定値に関する情報は制御部２５０に設定される。

【0035】

スイッチがオンされれば、キャパシタ_ＣＬが接続されてターゲット共振器の共振周波数は変更される。

【数2】

【0036】

したがって、ソース共振器とターゲット共振器との間に相互共振が終了する。
より詳しくは、ターゲット共振器のＱを考慮してｆ２’がｆ２よりも小さければ、相互共振チャネルは消滅することがある。
また、電力出力部２６０は、キャパシタＣ_２とインダクタＬ_２に充電された電力を負荷（ＬＯＡＤ）に伝達する。電力出力部２６０は負荷（ＬＯＡＤ）対する適切な方式を用いて電力を伝達する。

【0037】

制御部２５０は、ターゲット共振器に充電された電力が所定の値未満であれば、スイッチをオフ（ｏｆｆ）する。
充電部２４０は、ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振によって再びターゲット共振器に電力を充電する。
ソース共振器とターゲット共振器との間に相互共振が発生するときにスイッチが接続されない。
したがって、スイッチの接続による送信効率の減少を予防することができる。

【0038】

図１に示す場合と比較して、キャパシタに充電されたエネルギーを伝達する方式に比べてターゲット共振器に格納されたエネルギーのキャプチャー（ｃａｐｔｕｒｅ）時点を制御することがより容易である。
キャパシタに充電されたエネルギーを伝達する方式はキャパシタに充電されたエネルギーのみキャプチャーできるが、共振周波数を変更してエネルギーをキャプチャーする方式は、ターゲット共振器のインダクタ及びキャパシタに格納されたエネルギーをキャプチャーするため、エネルギーのキャプチャー時点に対する自由度が向上する。

【0039】

図２に示す無線電力を用いた通信システムでは、情報を伝達するためにソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振動作を用いる。
ソース共振器は、ターゲット共振器と相互約束して定められた時間区間の間（例えば、１つのシンボル区間）ソース共振器へのエネルギー注入動作、又はエネルギー非注入動作によって、該当の時間区間中に相互共振を発生させるか、又は発生させない。
ここで、ソース共振器は、相互共振が起こったかどうかに従って情報を割り当てる。
ターゲット共振器は、定められた（所定の）時間区間中にターゲット共振器の共振周波数とソース共振器の共振周波数との一致又は不一致の動作によって相互共振を発生させるか、又は発生させない。
ここで、ターゲット共振器は、相互共振が起こったかどうかに従って情報を割り当てる。

【0040】

ソース共振器とターゲット共振器との間に相互共振が強く発生した場合、ソース装置とターゲット装置の各々で情報の変調及び復調性能は向上する。
相互共振が強く発生した場合、ソース共振器とターゲット共振器との間にエネルギー交換が速い時間で行われ、定められた時間区間中に割り当てられる情報の量も増加する。
また、相互共振が強く発生すれば、ソース共振器とターゲット共振器との間で情報を伝達することのできる物理的な距離も増加する。

【0041】

ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振を強くすることは、情報送信性能の向上において重要な要素ともいえる。
相互共振を強くするためには、各共振器のＱファクター（Ｑ値）（Ｑｕａｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ）を増加させたり、２つの共振器間の相互インダクタンスＭを増加させなければならない。
相互インダクタンスＭは、共振器の物理的な大きさに応じた値であり、共振器の物理的な大きさがシステムで決定されれば、性能の面はある程度決定されるものといえる。
Ｑファクターは、共振器のエネルギー損失（ｅｎｅｒｇｙ ｌｏｓｓ）の程度を示す値である。
Ｑファクターも共振器の物理的な大きさが決定されれば、所定の値が決定される。

【0042】

ところが、Ｑファクターの場合、負の抵抗を利用すればその値が増加することがある。
以下、負の抵抗が何を意味するかについて説明し、負の抵抗を構成するための構造について説明する。
また、負の抵抗を用いることによって、ソース共振器とターゲット共振器との間に発生する効果について説明する。

【0043】

図３は、本発明の一実施形態に係る無線電力を用いた通信装置のブロック図である。
図３を参照すると、本発明の一実施形態に係る無線電力を用いた通信装置は、変調部３１０、復調部３２０、制御部３３０、送信部３４０、受信部３５０、及びエネルギー補償部３６０を備える。
図３に示す無線電力を用いた通信装置は、エネルギーを送信するＴＸ端に対応する。

【0044】

変調部３１０は、ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振を用いて情報を変調する。
相互共振が起こったかどうかは、電力供給装置からソース共振器にエネルギーが提供されたか否かに基づいて判断される。
変調部３１０は、相互共振が起こったかどうかに従う情報の割り当てにより情報を変調する。
また、変調部３１０は、ソース共振器に格納されるエネルギーのレベルを量子化により情報を変調してもよい。

【0045】

送信部３４０は、ソース共振器に格納されたエネルギーを相互共振によってターゲット共振器に送信する。
電力供給装置からエネルギーの伝達によってソース共振器にエネルギーが格納される。

【0046】

エネルギー補償部３６０は、ソース共振器で消費されるエネルギーを補償する。
ソース共振器に格納されたエネルギーのうちの一部は、ソース共振器自体の内部抵抗と放射抵抗によって消費される。
放射抵抗は、ソース共振器で電力が放射されるとき発生する抵抗成分である。内部及び放射抵抗は、ソース共振器で電力が放射されるとき等価回路に表示されるインピーダンスの実数部に該当する。

【0047】

エネルギー補償部３６０は、ソース共振器の内部抵抗と放射抵抗で消費されるエネルギーを補償する。エネルギー補償部３６０は、電力供給装置からエネルギーが提供されて消費したエネルギーを補償する。エネルギー補償部３６０は、能動素子（Ａｃｔｉｖｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ）を用いて消費されたエネルギーを補償してもよい。能動素子にはトランジスタ、演算増幅器、ダイオードなどが含まれる。
また、エネルギー補償部３６０は、ソース共振器のＱファクターが所定の値以上になるよう消費されるエネルギーを補償する。Ｑファクターは、ソース共振器で消費されるエネルギーの比率に応じて決定される。エネルギーの補償によって消費されるエネルギーを減少させると、Ｑファクターが増加する。

【0048】

エネルギー補償部３６０は、検出部３６１及び補償部３６３を備える。
検出部３６１はソース共振器で消費されるエネルギーを検出する。
消費されるエネルギーはソース共振器に格納されたエネルギーのうち、相互共振によって伝えられたエネルギーを除いた残りの部分である。
補償部３６３は、予め設定された（所定の）補償条件に応じて消費されたエネルギーを補償する。予め設定された補償条件とは、Ｑファクターが所定の値以上の値になる条件を意味する。

【0049】

制御部３３０は、ソース共振器と電力供給装置の電気的な接続を制御する。
電力供給装置はソース共振器にエネルギーを伝達する。ソース共振器と電力供給装置はスイッチによって電気的に接続され、また、切断される。
スイッチがオン（ｏｎ）した場合にソース共振器と電力供給装置は電気的に接続され、スイッチがオフ（ｏｆｆ）される場合にソース共振器と電力供給装置は電気的に切断される。
制御部３３０は、ソース共振器と電力供給装置を接続するスイッチを制御する。
制御部３３０は、ソース共振器とターゲット共振器が相互共振できるようにソース共振器と電力供給装置の電気的な接続を制御する。例えば、ソース共振器と電力供給装置が分離される場合、ソース共振器が相互共振する状態であれば、制御部３３０はソース共振器と電力供給装置を分離させる。

【0050】

制御部３３０は、エネルギー補償部３６０にエネルギーが供給されるように電力供給装置とエネルギー補償部３６０の電気的な接続を制御する。
エネルギー補償部３６０は、ソース共振器で消費されるエネルギーを補償するためにエネルギーが必要であるが、このエネルギーは電力供給装置から提供されてもよい。

【0051】

受信部３５０は、ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振によってターゲット共振器から送信されたエネルギーを受信する。
ターゲット装置は、ターゲット共振器の共振周波数を制御することにより、相互共振が発生させるかどうかを制御する。
相互共振が起こったかどうかに従って受信部３５０は、ターゲット共振器からエネルギーを受信するか、又は受信しない。
ターゲット装置は相互共振の有無に応じて情報を変調してもよい。

【0052】

復調部３２０は、受信部３５０で受信するエネルギーの波形を検出して相互共振が起こったかどうかを判断する。
相互共振する場合と相互共振しない場合のエネルギーの波形は異なる形を有する。
復調部３２０は、相互共振が起こったかどうかに基づいてターゲット共振器が送信した情報を復調する。

【0053】

図４は、本発明の他の実施形態に係る無線電力を用いた通信装置のブロック図である。
図４を参照すると、本発明の他の実施形態に係る無線電力を用いた通信装置は、送信部４１０、受信部４２０、エネルギー補償部４３０、制御部４４０、変調部４５０、復調部４６０、及び駆動電源部４７０を備える。
図４に示す無線電力を用いた通信装置は、エネルギーを受信するＲＸ端に対応する。

【0054】

変調部４５０は、ターゲット共振器とソース共振器との間の相互共振を用いて情報を変調する。
相互共振は、ターゲット共振器の共振周波数をソース共振器と一致させるかどうかに従って決定される。
変調部４５０は、相互共振が起こったかどうかに従って情報を割り当てて情報を変調する。

【0055】

受信部４２０は、ターゲット共振器とソース共振器との間の相互共振によってソース共振器から送信されたエネルギーを受信する。
受信したエネルギーはターゲット共振器に格納される。ターゲット共振器に格納されたエネルギーはキャプチャリング（ｃａｐｔｕｒｉｎｇ）動作を介して負荷に伝えられる。
キャプチャリング動作前まで、ターゲット共振器はソース共振器との相互共振を継続する。

【0056】

復調部４６０は、受信部４２０で受信したエネルギーの波形を検出して相互共振が起こったかどうかを判断する。
相互共振する場合と相互共振しない場合のエネルギーの波形は異なる形を有する。
復調部４６０は相互共振が起こったかどうかに基づいてソース共振器が送信した情報を復調する。
又は、復調部４６０は、ターゲット共振器に格納されたエネルギーの量に基づいてソース共振器が送信した情報を復調してもよい。ソース装置は、ソース共振器に格納されたエネルギーのレベルを量子化して情報を変調する。相互共振によってソース共振器に格納されたエネルギーがターゲット共振器に伝えられれば、ターゲット共振器に格納されたエネルギーのレベルに従って復調部４６０は情報を復調する。ソース装置とターゲット装置は変調方式及び復調方式に関する情報を予め約束していてもよい。

【0057】

送信部４１０は、ターゲット共振器に格納されたエネルギーを相互共振によってソース共振器に送信する。
ＴＸ端はターゲット共振器から送信されたエネルギーを受信し、ＲＸ端から送信された情報を受信する。
より具体的には、ＴＸ端は、ターゲット共振器から送信されたエネルギーの波形に従ってＲＸ端から送信された情報を分析する。

【0058】

エネルギー補償部４３０は、ターゲット共振器で消費されるエネルギーを補償する。
ターゲット共振器に格納されたエネルギーのうちの一部はターゲット共振器自体の内部抵抗と放射抵抗によって消費される。
放射抵抗は、ターゲット共振器で電力が放射されるときに発生する抵抗成分である。内部及び放射抵抗は、ターゲット共振器で電力が放射されるとき等価回路で表示されるインピーダンスの実数部に該当する。
エネルギー補償部４３０は、ターゲット共振器の内部抵抗と放射抵抗で消費されるエネルギーを補償する。

【0059】

エネルギー補償部４３０は、駆動電源部４７０からエネルギーが提供されて消費されたエネルギーを補償する。
駆動電源部４７０は、エネルギー補償部４３０の初期駆動に必要なエネルギーを提供する。駆動電源部４７０では充電可能な簡易バッテリが用いられてもよい。
エネルギー補償部４３０は、能動素子（Ａｃｔｉｖｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ）を用いて消費されたエネルギーを補償する。能動素子は、トランジスタ、演算増幅器、ダイオードなどを含んでもよい。
また、エネルギー補償部４３０は、ターゲット共振器のＱファクターが所定の値以上になるよう消費されるエネルギーを補償する。Ｑファクターは、ターゲット共振器で消費されるエネルギーの比率に応じて決定される。エネルギーの補償によって消費されるエネルギーを減少すれば、Ｑファクターは増加する。

【0060】

エネルギー補償部４３０は、検出部４３１及び補償部４３３を備える。
検出部４３１は、ターゲット共振器で消費されるエネルギーを検出する。
消費されるエネルギーは、ターゲット共振器に格納されたエネルギーのうち相互共振によって伝えられるエネルギーを除いた残り部分である。
補償部４３３は、予め設定された補償条件に従って消費されたエネルギーを補償する。
予め設定された補償条件とは、Ｑファクターが所定の値以上の値になる条件を意味する。

【0061】

制御部４４０は、ターゲット共振器と負荷との電気的な接続を制御する。
負荷は、ターゲット共振器からエネルギーが供給される。
制御部４４０は、ターゲット共振器の共振周波数を制御する。
ターゲット共振器の共振周波数がソース共振器の共振周波数と一致しない場合、ターゲット共振器とソース共振器との間の相互共振は終了する。
制御部４４０は、ターゲット共振器の共振周波数を制御することによって相互共振を発生させるかどうかを決定する。

【0062】

また、制御部４４０は、ターゲット共振器に格納されたエネルギーから駆動電源部４７０で使用したエネルギーを補償する。
制御部４４０は、モニタリング部４４１、キャプチャリング部４４３、及び補償部４４５を備える。
モニタリング部４４１は、ターゲット共振器で受信するエネルギーの大きさをモニタリングする。キャプチャリング部４４３は、所定の期間の間にモニタリングしたエネルギーの大きさがピーク値を有する場合、エネルギーをキャプチャーする。
すなわち、キャプチャリング部４４３は、ターゲット共振器にエネルギーが最も多く格納されたときのエネルギーをキャプチャーする。キャプチャリング時の制御部４４０はソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振を終了させる。

【0063】

補償部４４５は、キャプチャーしたエネルギーを用いて駆動電源部４７０で用いられたエネルギーを補償する。
エネルギー補償部４３０は、初期駆動のときに駆動電源部４７０からエネルギーが供給される。
制御部４４０は、相互共振の後にキャプチャーしたエネルギーを用いて駆動電源部４７０で供給されたエネルギーを補償することで、エネルギー補償部４３０の駆動のために必要なエネルギーを小さく保持することができる。

【0064】

図５は、本発明の一実施形態に係る無線電力を用いた通信システムのブロック図である。
図５を参照すると、本発明の一実施形態に係る無線電力を用いた通信システムは、ＴＸ端とＲＸ端を含む。
ＴＸ端は、変調部５０５、復調部５１０、制御部５１５、送信部５２０、受信部５２５、及びエネルギー補償部５３０を備える。
ＲＸ端は、送信部５３５、受信部５４０、エネルギー補償部５４５、制御部５５０、変調部５５５、及び復調部５６０を備える。

【0065】

ＴＸ端で、変調部５０５は、ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振を用いて情報を変調する。
送信部５２０は、ソース共振器に格納されたエネルギーを相互共振によってターゲット共振器に送信する。
エネルギー補償部５３０は、ソース共振器で消費されるエネルギーを補償する。エネルギー補償部５３０は、ソース共振器のＱファクターが所定の値以上になるよう能動素子を用いてソース共振器で消費されるエネルギーを補償する。

【0066】

制御部５１５は、ソース共振器と電力供給装置の電気的な接続を制御する。
受信部５２５は、ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振によってターゲット共振器から送信されたエネルギーを受信する。
復調部５１０は、受信部５２５で受信したエネルギーの波形を検出することにより相互共振が起こったかどうかを判断する。復調部５１０は、相互共振が起こったかどうかに基づいてターゲット共振器が送信した情報を復調する。

【0067】

ＲＸ端で、受信部５４０は、ターゲット共振器とソース共振器との間の相互共振によってソース共振器から送信されたエネルギーを受信する。
復調部５６０は、受信部５４０で受信したエネルギーの波形を検出して相互共振が起こったかどうかを判断する。相互共振する場合と相互共振しない場合のエネルギーの波形は異なる波形を有する。
復調部５６０は、相互共振が起こったかどうかに基づいてソース共振器が送信した情報を復調する。

【0068】

エネルギー補償部５４５は、ターゲット共振器で消費されるエネルギーを補償する。
エネルギー補償部５４５は、ターゲット共振器のＱファクターが所定の値以上になるよう能動素子を用いてターゲット共振器で消費されるエネルギーを補償する。
制御部５５０は、ターゲット共振器と負荷との電気的な接続を制御する。
制御部５５０は、ターゲット共振器の共振周波数を変更することができる。
変調部５５５は、ターゲット共振器とソース共振器との間の相互共振を用いて情報を変調する。
送信部５３５は、ターゲット共振器に格納されたエネルギーを相互共振によってソース共振器に送信する。

【0069】

図６は、本発明の一実施形態に係る無線電力を用いた通信システムの等価回路図である。
ＤＣソースからエネルギーを充電し、ソース共振器とターゲット共振器との間に相互共振現象を用いて信号を伝達する共振アイソレーション（Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ：ＲＩ）システムは、共振器の間の物理的距離に応じて強い相互結合と弱い相互結合の２種類の共振現象を有し得る。

【0070】

２つの共振器が相互共振するとき、それぞれの共振器で消費されるエネルギーの比率を示す値がＱファクターである。
Ｑファクターは、「格納されたエネルギー／消費されたエネルギー」の比率で算出され得る。Ｑは各共振器に格納されたエネルギーと消耗されるエネルギーの比率である。したがって、Ｑファクターが大きいほど共振器で消費されるエネルギーの量が小さいことが分かる。

【0071】

ソース共振器とターゲット共振器との間の相互結合係数（ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）「ｋ」が以下の式による値よりも大きければ、２つの共振器は強い相互結合を、そうでなければ弱い相互結合を行う。

【数3】

【0072】

ここで、ｋ_ｓｐは強い相互結合と弱い相互結合の基準となる相互結合係数を意味し、Ｑ_１はソース共振器のＱ値、Ｑ_２はターゲット共振器のＱ値を意味する。
例えば、ソース共振器とターゲット共振器の全てのＱ値が１００である場合、ｋ_ｓｐ＝０．０１である。ここで、ｋが０．０１よりも大きければ、２つの共振器は強い相互結合を行い、０．０１よりも小さければ、２つの共振器は弱い相互結合を行う。
Ｑが大きいほど低いｋ値で強い相互結合を行う。一般的に「ｋ」はソース共振器とターゲット共振器との間の距離の３乗に反比例するものと知られている。したがって、Ｑが大きいほど遠距離であっても強い相互結合を行うことができる。

【0073】

図６を参照すると、等価回路はＴＸ端６１０とＲＸ端６２０を含む。
ＴＸ端６１０で三角形の形状で示す部分は能動素子６１１である。また、ＲＸ端６２０で三角形の形状で示す部分も能動素子６２１である。能動素子は、ソース共振器で抵抗成分によって消費されるエネルギーを補償することで、ソース共振器のＱ値を増加させ得る。

【0074】

Ｑファクターは、ＲＬＣの直列等価回路である場合に以下の関係式を有する。

【数4】

【0075】

上記の式について説明すると、共振器の抵抗成分が小さいほどＱ値が大きくなることが分かる。
能動素子を介してソース共振器の抵抗成分によって消費されるエネルギーを補償することで、ソース共振器の有効な抵抗成分を小さくしてもよく、したがって、Ｑ値が大きくなり得る。
有効な抵抗成分を小さくするという意味で、能動素子は負の抵抗に表現されてもよい。
負の抵抗を２つの共振器に接続することによって、２つの共振器のＱ値を増加させてもよい。共振器のＱ値が大きくなることによって、ソース共振器とターゲット共振器との間に強い相互結合を行うことのできる物理的な距離も増加する。

【0076】

図７は、本発明の一実施形態に係る無線電力を用いた通信システムで、強く相互結合したソース共振器及びターゲット共振器に印加されるエネルギーの変化を示すグラフである。
ソース共振器とターゲット共振器が強く相互結合する場合に、ソース共振器に充電された最初のエネルギーは、ターゲット共振器に所定の時間の後に全て伝えられ、伝えられたエネルギーは再びソース共振器に戻ってくる。

【0077】

このようなエネルギー跳ね返し現象は、２つの共振器に残っているエネルギーが全て消費されるまで繰り返される。
共振器で消費されるエネルギーは、共振器の内部抵抗及び放射抵抗成分に起因する。
このような抵抗成分によって、２つの共振器に格納されるエネルギーは次第に減少し、共振器に格納されたエネルギーが全て消費したときに相互共振は終了する。

【0078】

ソース共振器に最初に格納されたエネルギーは、（１）内部抵抗及び放射抵抗によって消費される部分、（２）相互共振によってターゲット共振器に伝えられる部分、に区分される。
強い相互結合の場合、２つの共振器がエネルギーを相手の共振器に伝達する速度が抵抗成分によって消費される速度よりも極めて速いため、２つの共振器間のエネルギー跳ね返し現象が発生する。

【0079】

ＴＸ端で、ソース共振器とターゲット共振器との間に強く相互共振する場合ソース共振器に印加される信号の波形と、相互共振しない場合ソース共振器に印加される信号の波形とには相違がある。
ターゲット共振器の共振周波数がソース共振器の共振周波数と一致すれば、２つの共振器間に相互共振が発生し、エネルギー跳ね返し現象が発生する。
ターゲット共振器が相互共振しなければ、ソース共振器に格納されたエネルギーは抵抗成分によって徐々に消費される。ＲＸ端は相互共振が起こったかどうかに応じてデータを変調し、ＴＸ端は相互共振する場合の信号波形と相互共振しない場合の信号波形とを比較し、比較結果に応じてＲＸ端から送信されたデータを復調する。

【0080】

ＲＸ端でもターゲット共振器とソース共振器との間に強く相互共振する場合ターゲット共振器に印加される信号の波形と、相互共振しない場合ターゲット共振器に印加される信号の波形には大きい相違がある。
ソース共振器にエネルギーが供給された否かに基づいて相互共振が起こったかどうか及びエネルギー跳ね返し現象が起こったかどうかが決定される。
ＲＸ端は、信号の波形を分析してＴＸ端から送信されたデータを復調する。

【0081】

図８は、本発明の一実施形態に係る無線電力を用いた通信システムで弱く相互結合したソース共振器及びターゲット共振器に印加されるエネルギーの変化を示すグラフである。
ソース共振器とターゲット共振器が弱く相互結合する場合、初期にソース共振器に格納されたエネルギーは抵抗成分によって消費される速度がターゲット共振器に伝達する速度よりも速く、エネルギー跳ね返し現象が発生しない。

【0082】

強く相互結合する場合よりもその差が小さいものの、ＴＸ端でソース共振器とターゲット共振器との間に弱く相互共振する場合ソース共振器に印加される信号の波形と、相互共振しない場合ソース共振器に印加される信号の波形には相違がある。
ＲＸ端でもターゲット共振器とソース共振器との間に弱く相互共振する場合ターゲット共振器に印加される信号の波形と、相互共振しない場合ターゲット共振器に印加される信号の波形には相違がある。
弱い相互結合ではエネルギー跳ね返し現象が発生しないため、相互共振が起こったかどうかによる波形差が、強い相互結合の場合より明確ではない。

【0083】

図９は、ソース共振器とターゲット共振器との間の距離とＱ値による相互結合動作の特性を示すグラフである。
図９を参照すると、「Ｌｏｗ Ｑ」は共振器に負の抵抗を接続しない場合のＱ値であり、「Ｈｉｇｈ Ｑ」は共振器に負の抵抗を接続してＱ値を増加させた場合である。

【0084】

共振器に負の抵抗を接続するということは共振器で消費されるエネルギーを補償したことと同じ意味を有する。
すなわち、「Ｌｏｗ Ｑ」の共振器で消費されるエネルギーを能動素子を用いて補償する場合、「Ｈｉｈｇ Ｑ」の共振器になる。
グラフを参照すると、Ｑ値の増加によって強い相互結合する距離が増加する。
すなわち、強く相互結合されるソース共振器とターゲット共振器との間の距離が増加する。また、Ｑ値の増加は、ソース共振器とターゲット共振器との間に情報の送受信性能が向上することを示す。

【0085】

図１０は、本発明の一実施形態に係る無線電力を用いた通信システムでエネルギーの補償によってソース共振器のＱ値が増加する場合、ソース共振器に印加されるエネルギーの変化を示すグラフである。
図１０に示すグラフは、消費されるエネルギーの補償前に「Ｌｏｗ Ｑ」のソース共振器に印加される信号の波形と、消費されるエネルギーの補償後に「Ｈｉｇｈ Ｑ」のソース共振器に印加される信号の波形を示す。

【0086】

「Ｌｏｗ Ｑ」の場合、弱い相互共振現象が発生し、相互共振が起こったかどうかによる波形の変化が大きくない。
「Ｈｉｇｈ Ｑ」の場合、強い相互共振現象によって相互共振が起こったかどうかによる波形変化が確かである。
したがって、ＴＸ端は波形の変化によって相互共振が起こったかどうかを検出し、ＲＸ端から送信された情報を復調する。

【0087】

図１１は、本発明の一実施形態に係る無線電力を用いた通信システムでエネルギーの補償によってターゲット共振器のＱ値が増加する場合、ターゲット共振器に印加されるエネルギーの変化を示すグラフである。
図１１に示すグラフは、消費されるエネルギーの補償前に「Ｌｏｗ Ｑ」のターゲット共振器に印加される信号の波形と、消費するエネルギーの補償後に「Ｈｉｇｈ Ｑ」のターゲット共振器に印加される信号の波形を示す。

【0088】

「Ｌｏｗ Ｑ」の場合、弱い相互共振現象が発生し、相互共振が起こったかどうかによる波形の変化が大きくない。
「Ｈｉｇｈ Ｑ」の場合、強い相互共振現象によって相互共振が起こったかどうかによる波形変化が確かである。
したがって、ＲＸ端は波形の変化によって相互共振が起こったかどうかを検出し、ＴＸ端から送信された情報を復調する。

【0089】

図１２は、ターゲット共振器で負の抵抗を用いた場合と使用していない場合に格納されるエネルギーを示すグラフである。
負の抵抗を使用したということは、ターゲット共振器で抵抗成分によって消費されるエネルギーを補償したことと同じ意味を有する。
データ送信性能の改善のためにソース共振器とターゲット共振器に負の抵抗を接続すると、負の抵抗で動作するための追加的なエネルギーが必要である。

【0090】

ＴＸ端は、モバイルフォンなどのように追加的にエネルギーを使用するため、所定の自由度を有するデバイスであってもよく、ＲＸ端は小さいセンサ（ｔｉｎｙ ｓｅｎｓｏｒ）のように追加的なエネルギーの使用において強い制約を受けるデバイスであってもよい。
したがって、ＴＸ端は電力供給装置からのエネルギーの供給を受ければよいが、ＲＸ端は負の抵抗を用いることにおいて必要な追加エネルギーの供給源が必要であり、また、この供給源で用いられるエネルギーを補償する必要がある。

【0091】

図１２を参照すると、ＲＸ端はターゲット共振器に最大エネルギーが格納されたとき相互共振現象を中断させ、格納されたエネルギーをキャプチャーする。
負の抵抗がターゲット共振器に接続されていない場合、ターゲット共振器には「Ｅ_Ｒ」のエネルギーが格納される。
負の抵抗がターゲット共振器に接続された場合、ターゲット共振器には追加に「Ｅ_Ｎ」のエネルギーが格納される。
追加に格納されるエネルギー「Ｅ_Ｎ」は、ターゲット共振器で負の抵抗の使用において必要なエネルギーであることを予測することができる。

【0092】

「Ｅ_Ｎ」はターゲット共振器で消費されるエネルギーを負の抵抗によって補償することで、ターゲット共振器に追加格納されたものである。
ＲＸ端は、キャプチャーしたエネルギーでターゲット共振器に追加格納されたエネルギー「Ｅ_Ｎ」だけを負の抵抗の駆動に用いたエネルギーに補償する。ここで、負の抵抗の駆動に必要なエネルギーは簡易バッテリとして提供されてもよい。ＲＸ端は、簡易バッテリにターゲット共振器からキャプチャーしたエネルギーを用いて、負の抵抗の駆動に用いたエネルギーを補償してもよい。

【0093】

上述した方法は、多様なコンピュータ手段を介して様々な処理を実行することができるプログラム命令の形態で実現され、コンピュータ読取可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読取可能な媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などの単独または組み合わせたものを含んでもよい。媒体に記録されるプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されて構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり使用可能なものであってもよい。

【0094】

上述したように本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、このような実施形態から多様な修正及び変形が可能である。
したがって、本発明の範囲は、開示した実施形態に限定して定められるものではなく、特許請求の範囲だけではなく特許請求の範囲と均等なものなどによって定められるものである。

【符号の説明】

【0095】

１１０ 電力入力部
１２０ 電力送信部
１３０、１６０ スイッチ部
１４０ 受信部
１５０ 電力出力部
２１０ 電力充電部
２２０、２５０ 制御部
２３０ 送信部
２４０ 充電部
２６０ 電力出力部
２７０ 相互インダクタンスＭ
３１０、４５０、５０５、５５５ 変調部
３２０、４６０、５１０、５６０ 復調部
３３０、４４０、５１５、５５０ 制御部
３４０、４１０、５２０、５３５ 送信部
３５０、４２０、５２５、５４０ 受信部
３６０、４３０、５３０、５４５ エネルギー補償部
３６１ 検出部
３６３ 補償部
４４１ モニタリング部
４４３ キャプチャリング部
４４５ 補償部
４７０ 駆動電源部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】