無線電力データ伝送システム、送電装置、および受電装置
【課題】電力およびデータを安定して無線で伝送する。
【解決手段】受電装置６００は、電力を無線で伝送するシステムにおいて用いられ、送電装置にデータを伝達することができる。受電装置６００は、前記送電装置によってパルス列に変換されて送出された電力を受け取るように構成された受電部２０１と、前記受電部２０１に接続された可変負荷６０２と、前記送電装置から前記電力が伝送されている状態において、前記送電装置内を流れる前記パルス列に含まれる各パルスの値が、前記パルスの持続時間の途中で変化するように、前記データの値に応じて前記可変負荷の負荷値を変化させる制御部６０３とを備える。
【解決手段】受電装置６００は、電力を無線で伝送するシステムにおいて用いられ、送電装置にデータを伝達することができる。受電装置６００は、前記送電装置によってパルス列に変換されて送出された電力を受け取るように構成された受電部２０１と、前記受電部２０１に接続された可変負荷６０２と、前記送電装置から前記電力が伝送されている状態において、前記送電装置内を流れる前記パルス列に含まれる各パルスの値が、前記パルスの持続時間の途中で変化するように、前記データの値に応じて前記可変負荷の負荷値を変化させる制御部６０３とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力およびデータを、無線で伝送するための無線電力データ伝送システム、送電装置、および受電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機器の動作に必要な電力を、無線および無接点（非接触）で伝送する取組みが行われている。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、特許文献１に記載されている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」と呼ぶ。）を採用した製品が商品化されており、ユーザの利便性を高めることに成功している。
【０００３】
また、近年、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、送電機器と受電機器との間の設置位置の自由度をより高められるという利点を有する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（例えば、特許文献２）。磁気共鳴方式または共振磁界結合方式とも呼ばれるこの無線電力伝送技術は、現在、研究および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。
【０００４】
磁気共鳴（ｒｅｓｏｎａｎｔ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）方式では、送電器および受電器は、それぞれ共振器を備えている。送電器の共振器（送電側共振器）の共振周波数と受電器の共振器（受電側共振器）の共振周波数とが一致している場合のみ、共振現象を利用して送電側から受電側へ電力が伝送される。
【０００５】
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値が数千というオーダの共振器が用いられる。これにより、送電器と受電器との間の距離が離れていたり、送電側共振器のコイルの軸と受電側共振器のコイルの軸とがずれていたりすることによって結合係数ｋが小さい場合であっても、高い電力伝送効率を達成することができる。
【０００６】
磁気共鳴方式では、共振器の共振周波数は、非特許文献１に開示されているように、任意の周波数に設計できる。ここで、共振周波数として数十ＭＨｚ帯の周波数を用いて、共振器の周波数特性の３ｄＢ帯域幅が数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚとなるように共振器を設計すると、電力伝送のための磁場搬送波を数百ｋｂｐｓ〜数Ｍｂｐｓの伝送速度のデータで変調したデータ通信を行うことができる。このようにすることで、電力およびデータの重畳伝送を実現できる。以下では、このような伝送のことを「無線電力データ伝送」と呼ぶ。
【０００７】
磁場搬送波を変調することによって伝送されるデータの一例として、オーディオ信号がある。オーディオ信号は、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの帯域の音声信号であるため、数十ＭＨｚ帯を用いた磁気共鳴方式による無線電力データ伝送により、オーディオ信号を十分に伝送できる。特許文献３は、オーディオ信号の無線電力データ伝送の例を開示している。特許文献３に開示されたシステムは、無線電力伝送に用いられる磁場搬送波を、オーディオ信号によってＡＭ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調して伝送する送電装置と、送電装置から送られてきた磁場搬送波からスピーカを駆動するのに十分な電力を持ったオーディオ信号を受信する受電装置とを備えている。特許文献３に開示された送電装置および受電装置を用いることにより、バッテリ等の電源が不要なワイヤレススピーカ装置を実現できる。
【０００８】
また、特許文献１に開示された無線電力伝送システムでは、送電器および受電器が正しい機器同士であることを認証するためのデータが電力と共に伝送される。このような構成により、不正な受電器や電力を必要としていない受電器、受電器以外の異物などへの送電を回避することができるため、無線電力伝送の安全性が高くなる。
【０００９】
特許文献４は、磁場搬送波の周波数を変えることにより、バイナリデータの０と１とを区別して伝送する送電装置を開示している。共振器の周波数特性は、共振周波数ｆｏをピークとした周波数選択性のある特性であるため、磁場搬送波の周波数を変えると、磁場搬送波の振幅も変化する。また、特許文献４に開示された受電装置は、受電回路の負荷を切り替えることによって生じる磁場搬送波の振幅の変化により、バイナリデータの０と１とを区別して送電装置に送信することができる（負荷変調）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−２０６２３３号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１０／０１４１０４２号明細書
【特許文献３】特開２００９−１５３０５６号公報
【特許文献４】特開２００８−２０６３０５号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】居村岳広 他、“ｋＨｚ〜ＭＨｚ〜ＧＨｚにおける磁界共振結合によるワイヤレス電力伝送用アンテナの提案”、２０１０年電子情報通信学会予稿集、ＢＳ−９−５、２０１０年３月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述の無線電力データ伝送を実現するためには、電力を伝送するための磁場搬送波を用いて、オーディオ信号や制御情報のようなデータを伝送する必要がある。ここで、特許文献３に記載の装置のように、電力伝送のための磁場搬送波をオーディオ信号によってＡＭ変調する場合を考える。送電器において、ＡＭ変調された磁場搬送波を、さらに制御信号のようなデータで変調すると、磁場搬送波の振幅が変化するため、受電器側のスピーカで再生される音に、音量変化や歪、雑音が発生してしまうという課題がある。
【００１３】
この課題は、スピーカへオーディオ信号を伝送するシステムに限らず、電力に何らかのデータを重畳して伝送するどのようなシステムにおいても同様に発生する。すなわち、磁場搬送波を送信すべきデータによって変調すると、受電器が受ける電力の振幅が変動するため、電力伝送が不安定になるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一実施形態による受電装置は、電力を無線で伝送するシステムにおいて用いられ、送電装置にデータを伝達することができる。前記受電装置は、前記送電装置によってパルス列に変換されて送出された電力を受け取るように構成された受電部と、前記受電部に接続された可変負荷と、前記送電装置から前記電力が伝送されている状態において、前記送電装置内を流れる前記パルス列に含まれる各パルスの値が、前記パルスの持続時間の途中で変化するように、前記データの値に応じて前記可変負荷の負荷値を変化させる制御部とを備える。
【００１５】
ある実施形態において、前記制御部は、各パルスの持続時間の中心時刻において、前記可変負荷の負荷値を変化させる。
【００１６】
ある実施形態において、前記可変負荷は、第１の負荷値および第２の負荷値の２種類の負荷値を切り替えることができる。前記制御部は、前記データが第１の値である場合、各パルスの中心時刻よりも前の時間においては前記可変負荷の負荷値を前記第１の負荷値に切り替え、前記中心時刻よりも後の時間においては前記可変負荷の負荷値を前記第２の負荷値に切り替え、前記データが第２の値である場合、各パルスの中心時刻よりも前の時間においては前記可変負荷の負荷値を前記第２の負荷値に切り替え、前記中心時刻よりも後の時間においては前記可変負荷の負荷値を前記第１の負荷値に切り替える。
【００１７】
ある実施形態において、前記制御部は、前記データが第１の値である場合における各パルスの持続時間中の平均振幅と、前記データが第２の値である場合における各パルスの持続時間中の平均振幅とが等しくなるように前記可変負荷を制御する。
【００１８】
ある実施形態において、前記データを受電側データと呼ぶとき、前記送電装置から伝送される前記パルス列は、第１の送電側データおよび第２の送電側データの少なくとも一方によって変調された信号である。
【００１９】
ある実施形態において、前記送電装置から伝送される前記パルス列の伝送期間には、前記第１の送電側データのみによって変調された第１の期間と、前記第１の送電側データおよび第２の送電側データによって変調された第２の期間とが含まれ、前記制御部は、前記第１の期間において、前記受電側データの値に応じて前記可変負荷の負荷値を変化させる。
【００２０】
ある実施形態において、前記パルス列は、前記第１の送電側データによってパルス幅変調され、前記第２の送電側データによって振幅変調された信号である。
【００２１】
ある実施形態において、前記受電側データは、前記第１の送電側データに対する応答のためのデータである。
【００２２】
本発明のある実施形態による送電装置は、第１の送電側データをパルス幅変調することによってパルス列を生成して出力するパルス幅変調部と、前記パルス列のパルス幅を補正するパルス幅補正部と、パルス幅が補正された前記パルス列を送出する共振器と、上記のいずれかに記載の受電装置から送信される受電側データを検出する検出器とを備える。前記パルス幅補正部は、前記検出器が前記受電側データを検出したとき、前記パルス列のパルス幅を補正する。
【００２３】
ある実施形態において、前記パルス幅補正部は、前記検出器が前記受電側データを検出したときの前記パルス列に含まれる各パルスのパルス面積と、仮に前記検出器が前記受電側データを検出していないとした場合の前記パルスのパルス面積とが等しくなるように、前記パルス列のパルス幅を補正する。
【００２４】
ある実施形態において、前記パルス幅補正部は、前記検出器が前記受電側データを検出したとき、前記検出器が前記受電側データを検出したときの前記パルス列のパルス振幅と、前記検出器が前記受電側データを検出していないときの前記パルス振幅とから求められる値を用いて、前記パルス幅を補正する。
【００２５】
本発明のある実施形態による無線電力データ伝送システムは、電力を無線で伝送する送電装置と、前記電力を受け取るとともに、受電側データを前記送電装置に送信する受電装置とを備える。前記受電装置は、前記送電装置によって送出された電力を受け取るように構成された受電部と、前記受電部に接続された可変負荷と、前記受電部が前記送電装置からパルス列に変換された前記電力を受け取ったとき、前記送電装置に送信すべきデータの値に応じて、前記パルス列に含まれる各パルスの値が、前記パルスの持続時間の途中で変化するように、前記可変負荷の負荷値を変化させる制御部とを有している。
【００２６】
ある実施形態において、前記送電装置は、第１の送電側データをパルス幅変調することによってパルス列を生成して出力するパルス幅変調部と、前記パルス列のパルス幅を補正するパルス幅補正部と、パルス幅が補正された前記パルス列を送出する共振器と、前記受電装置から送信された前記受電側データを検出する検出器とを備え、前記パルス幅補正部は、前記検出器が前記受電側データを検出したとき、前記パルス列のパルス幅を補正する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の実施形態によれば、電力およびデータを無線で伝送する際に、受電器が受け取る信号に含まれる歪や雑音を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１Ａ】本発明の実施形態による無線電力データ伝送システムの基本構成
【図１Ｂ】実施の形態１における無線電力データ伝送システムの構成
【図２】Ｅ級増幅器１０３の構成図
【図３】パルス幅変調の例を示す図
【図４】パルス幅変調部１０２の内部構成図
【図５】オーバーサンプリング処理を説明するための図
【図６Ａ】本実施の形態のワイヤレススピーカ装置の送電器５００の構成図
【図６Ｂ】本実施の形態のワイヤレススピーカ装置の受電器６００の構成図
【図７】ＦＬデータ伝送とＲＬデータ伝送の時分割の例を示す図
【図８】パルス幅変調部５０１の構成図
【図９】パルス幅を変化させることによってオーディオ信号のレベルが維持されることを示す図
【図１０】負荷変調によって変化させるパルス振幅の様子を示す図
【図１１】ＲＬデータおよびＲＬデータの有無および値に応じて設定されるパルス幅補正値、駆動電圧、増幅後ＰＷＭパルスの振幅の例を示す表
【図１２】ＴＤＤ同期を取る際に送電器５００が送信するパルスの様子を示す図
【図１３】実施の形態２における送電器１２００の構成を示す図
【図１４】発振周波数ｆ０、ｆ１と共振器１０４の周波数特性の関係を示す図
【図１５】他の実施形態による送電器の構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明による具体的な実施形態を説明する前に、本発明の実施形態における基本構成を説明する。
【００３０】
図１Ａは、本発明の実施形態による無線電力データ伝送システムの基本構成例を示すブロック図である。当該システムは、送電装置（送電器）５０と、受電装置（受電器）６０とを備えている。本システムでは、送電装置５０から受電装置６０へ電力およびデータを伝送するとともに、受電装置６０から送電装置５０へデータを伝送することができる。
【００３１】
送電装置５０は、電力およびデータをパルス列に変換して送出する送電部５１と、送電部５１の動作を制御する送電側制御部５３とを有している。送電側制御部５３は、送信すべきデータの値に応じてパルス列の振幅を変化させるように送電部５１を制御する。これにより、パルス列の振幅の変調によってデータを受電装置６０に伝えることができる。ただし、パルス列の振幅のみを変調させると、受電装置６０に伝送される電力が変動するため、無線電力伝送が不安定になる場合がある。そこで、送電側制御部５３は、パルス列の振幅を変化させるとともに、パルス幅を変化させることにより、伝送電力の変動を抑え、安定動作を維持することができる。
【００３２】
一方、受電装置６０は、送電部５１から送出されたパルス列に基づく電力およびデータを受け取る受電部６１と、受け取った電力を消費する可変負荷６５と、受け取ったパルス列に基づいて、可変負荷６５の負荷値を制御する受電側制御部６３とを有している。受電装置６０は、送電装置５０に伝送すべきデータを、可変負荷６５の負荷値を変動させることによって実現する。具体的には、受電部６１が送電部５１からパルス列に変換された電力を受け取ったとき、受電側制御部６３は、送信すべきデータの値に応じて可変負荷６５の負荷値を変化させる。ここで、受電側制御部６３は、パルス列に含まれる各パルスの値が、当該パルスの持続時間の途中で変化するように、可変負荷６５を変化させる。このような制御により、送電装置５０の回路内を流れる電流および電圧が変動するため、その変動を検出すれば、受電装置６０から送られたデータを検出することができる。
【００３３】
ここで、受電装置６０が送電装置５０へデータを伝送しているときも、パルスの振幅が変動するため、電力伝送が不安定になるおそれがある。そこで、ある実施形態では、送電側制御部５３は、受電装置６０から送電装置５０へのデータ伝送が行われている間も、伝送するパルス列のパルス幅を調整する。これにより、受電装置６０からのデータ伝送中も、安定的な動作を実現することができる。
【００３４】
以上のように、本発明の実施形態では、送電装置５０は、電力とともにデータを無線で伝送するとき、データの値に応じて、伝送するパルス列の振幅およびパルス幅を調整することにより、安定動作を実現する。一方、受電装置６０は、可変負荷６５の負荷値を変化させることにより、送電装置５０側にデータを伝達する。このような構成により、例えば、送電装置５０から受電装置６０へ機器の認証や伝送の通知といった制御情報を送り、逆に受電装置６０から送電装置５０へその応答情報を通知することが可能となる。
【００３５】
また、送電装置５０は、そのような制御情報とは別に、他の種類のデータを重畳的に伝送することもできる。例えば、後述するように、パルス幅変調を用いてオーディオ信号のようなデータを電力および制御情報とともに伝送することができる。
【００３６】
以下、本発明の具体的な実施の形態を説明する。以下の説明において、同一または対応する要素には同一の参照符号を付している。
【００３７】
（実施の形態１）
まず、本発明による第１の実施の形態を説明する。本実施の形態は、無線電力データ伝送を行うワイヤレススピーカ装置に関している。以下の説明では、まず送電器から受電器へスピーカを駆動するための電力とオーディオ信号とを同時に伝送するための基本構成を説明する。続いて、機器の認証等のための制御信号を送電器と受電器との間でさらに送受信する構成例を説明する。本実施形態では、無線電力伝送方式として、磁気共鳴方式を採用しているが、この方式に限定されるものではなく、電磁誘導方式のような他の方式を採用してもよい。また、本実施形態ではオーディオデータを伝送しているが、他の種類のデータを伝送する場合も同様の構成を採用することができる。
【００３８】
＜１−１．基本構成（電力およびオーディオ信号の伝送）＞
まず、磁気共鳴方式による無線電力データ伝送により、送電器から受電器へスピーカを駆動するための電力とオーディオ信号とを伝送するワイヤレススピーカ装置（無線電力データ伝送システム）を用いて説明する。
【００３９】
図１Ｂは、本実施の形態における無線電力データ伝送システム１の構成を示すブロック図である。無線電力データ伝送システム１は、送電器１００と受電器２００とを備えている。
【００４０】
送電器１００は、オーディオ信号ソース１０１、パルス幅変調部１０２、高周波変調部１０６、Ｅ級増幅器１０３、共振器１０４、および１次コイル１０５を有している。受電器２００は、２次コイル２０１、共振器２０７、整流器２０２、ＬＰＦ２０３、およびスピーカ２０４を有している。なお、図１Ｂでは図示していないが、送電器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。
【００４１】
図１Ｂに示す無線電力データ伝送システム１は、オーディオ信号の伝送形式としてパルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を用いて、電力とオーディオ信号とを送電器１００から受電器２００に伝送する。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ことが特徴である。そのため、信号増幅の際にトランジスタの飽和領域を使用するＥ級増幅器１０３のような増幅器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。
【００４２】
また、無線電力データ伝送システム１は、送電器１００から受電器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、送電器１００と受電器２００との距離が長い場合のように、結合係数ｋが小さい場合であっても高い効率の電力伝送が可能である。
【００４３】
無線電力伝送システム１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。
【００４４】
以下、送電器１００および受電器２００の各構成要素を説明する。まず、送電器１００の各構成要素を説明する。
【００４５】
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。
【００４６】
パルス幅変調部１０２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に対してパルス幅変調処理を行う回路である。パルス幅変調部１０２は、例えばＬＳＩ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡといったプロセッサを含む。パルス幅変調部１０２は、パルス幅変調により、オーディオ信号の大きさに応じて幅が変調されたパルス列（以下、「ＰＷＭパルス」と呼ぶことがある。）を出力する。より具体的には、アナログオーディオ信号に対しては、入力信号を所定の周期および振幅をもつ三角波やノコギリ波のような参照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。一方、ディジタルオーディオ信号に対しては、後述するように、ディジタル信号処理によってパルス幅を変調させる。
【００４７】
高周波変調部１０６は、パルス幅変調部１０２に接続され、ＰＷＭパルスを共振器１０４の共振周波数ｆ０と同一の周波数の高周波（例えば、数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ）に変調する発振回路である。高周波に変調されたパルス列（以下、「高周波ＰＷＭパルス」と呼ぶことがある。）は、Ｅ級増幅器１０３に送出される。
【００４８】
Ｅ級増幅器１０３は、高周波変調部１０６から出力された高周波ＰＷＭパルスを増幅して出力する増幅回路である。Ｅ級増幅器１０３は、例えば図２に示す構成を有している。Ｅ級増幅器１０３は、ＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタから構成されるスイッチング素子Ｔｒと、インダクタＬｃ、Ｌ、Ｌ０と、キャパシタＣ、Ｃ０とを有している。インダクタＬ、Ｌ０およびキャパシタＣ０は、共振器１０４の共振周波数ｆ０と同一の共振周波数をもつ直列共振回路を構成する。スイッチング素子Ｔｒ、キャパシタＣ、直列共振回路（Ｌ、Ｌ０、およびＣ０）は、インダクタＬｃに対して並列に接続される。
【００４９】
図２に示す端子（ａ）には、高周波変調部１０６から高周波ＰＷＭパルスが入力される。また、端子（ｂ）には、外部の直流電源（不図示）から、駆動電圧Ｖｄｄが入力される。スイッチング素子Ｔｒのゲートに周波数ｆ０の高周波ＰＷＭパルスを印加することにより、直流電源から供給される直流電力を周波数ｆ０の高周波（ＲＦ）電力に変換することができる。これにより、電力伝送に必要な電力にまで増幅されたパルス列が、端子（ｃ）から出力され、共振器１０４へ送られる。
【００５０】
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級増幅回路のように、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であれば、同様に適用することができる。
【００５１】
共振器１０４は、共振周波数ｆ０のＬＣ共振回路である。共振器１０４は、インダクタとキャパシタとを有している。キャパシタは、良好な導電率を有する銅や銀などの導電対から好適に形成され得る。キャパシタには、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を介して空間に周波数ｆ０の共振磁場を形成する。
【００５２】
１次コイル１０５は、増幅されたパルス列に基づく電力およびデータを空間に送出するための要素である。１次コイル１０５の形状は、特に限定されず、ループ形状やスパイラル形状といった公知の形状を採用し得る。また、１次コイル１０５のサイズは、伝送距離や伝送電力に依存し、例えば数ｃｍ〜数十ｃｍに設定される。
【００５３】
続いて、受電装置２００の各構成要素を説明する。
【００５４】
２次コイル２０１は、送電装置１００における１次コイル１０５と同様の構造、形状を有するコイルである。
【００５５】
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を介して、１次コイル１０５によって形成された共振磁場から電力を受け取る。
【００５６】
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する整流回路である。整流回路の構成は特に限定されず、公知のものを採用することができる。整流器２０２によって整流された直流電力は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０３に送出される。
【００５７】
ＬＰＦ２０３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２０４に入力され、そこで再生される。
【００５８】
以下、電力およびオーディオ信号を伝送する際の無線電力伝送システム１の動作を説明する。
【００５９】
送電器１００におけるオーディオ信号ソース１０１は、受電器２００のスピーカ２０４によって再生されるオーディオ信号をパルス幅変調部１０２に出力する。オーディオ信号ソース１０１は、出力信号としてアナログオーディオ信号、または標本化周波数ｆｓおよび量子化ビット数ｂｑで表されるディジタル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から入力されたオーディオ信号をパルス幅変調する。
【００６０】
まず、オーディオ信号ソース１０１がアナログオーディオ信号を出力する場合のパルス幅変調部１０２の処理の一例について説明する。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）、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。この処理により、オーディオ信号の大きさに応じたパルス幅のパルス列が生成される。
【００６１】
続いて、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のパルス幅変調部１０２の処理の一例について説明する。オーディオ信号ソース１０１が出力するオーディオ信号が、ｆｓ［ｋＨｚ］、ｂｑビットで表現されるＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｃｏｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号である場合、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）などのディジタル信号処理を施す。
【００６２】
図４は、パルス幅変調部１０２がディジタルオーディオ信号のパルス幅変調を行う場合の内部構成の一例を示すブロック図である。図４に示すとおり、パルス幅変調部１０２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、補間フィルタ部１０２２と、前置ホールド部１０２３とを有している。なお、前置ホールド部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。
【００６３】
一例として、ディジタルオーディオ信号は、サンプリング周波数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ルおよび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。サンプリング周波数ｆｓ＝４８ｋＨｚであるため、ＰＣＭ信号のサンプリング周期は、１／ｆｓ≒２０．８μｓｅｃである。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。
【００６４】
図５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５（ａ）は、ゼロ挿入部１０２１に入力されるＰＣＭ信号の例を示している。ゼロ挿入部１０２１は、図５（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個の値が０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に出力する。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５（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に出力する。
【００６５】
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。この結果、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。
【００６６】
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（＝２bq−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。
【００６７】
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。
【００６８】
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、遅延したパルスの値を乗算部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。
【００６９】
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、遅延した各パルスの値を乗算部１０２８に出力するように構成される。
【００７０】
パルス出力部１０２９は、パルス幅計算部１０２６によって決定されたパルス幅をもつパルスを、高周波変調部１０６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。
【００７１】
図１Ｂに示す高周波変調部１０６は、パルス幅変調部１０２から送られてきたＰＷＭパルスを共振器１０４の共振周波数ｆ０（数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ）と実質的に同一の周波数の高周波に変調した高周波ＰＷＭパルスをＥ級増幅器１０３に出力する。
【００７２】
Ｅ級増幅器１０３では、高周波ＰＷＭパルスによってトランジスタがスイッチングされ、これと外部から供給される直流電力（駆動電圧Ｖｄｄ）により、入力されたパルスが、電力伝送に必要な電力にまで増幅される。Ｅ級増幅器１０３は、増幅処理を行ったパルス列を共振器１０４に送る。
【００７３】
共振器１０４は、電力およびオーディオ信号によって変調され、増幅された高周波のパルス列を１次コイル１０５に送る。これにより、外部空間に共振磁場が形成される。
【００７４】
受電器２００は、２次コイル２０１を介して入力される共振磁場のエネルギを、上記共振器１０４と同一の共振周波数ｆ０を持つ共振器２０７で受け、受信信号を生成する。
【００７５】
整流器２０２は、正の値と負の値の振幅を取りうる高周波交流信号である受信ＰＷＭパルスを包絡線検波、整流し、正の値の振幅のみを取る受信信号に変換する。整流器２０２で整流された受信信号は、ＬＰＦ２０３に送られる。
【００７６】
ＬＰＦ２０３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により、オーディオ信号が生成される。ＬＰＦ２０３は、オーディオ信号をスピーカ２０４に送り、そこで音が再生される。
【００７７】
以上のように、本実施形態における無線電力データ伝送システム１は、パルス幅変調を行うことにより、オーディオ信号および電力を、無線で伝送する。このような構成により、ワイヤレススピーカを実現することができる。
【００７８】
＜１−２．本論（電力、オーディオ信号、および制御信号の伝送）＞
次に、これまでに説明した電力およびオーディオ信号の伝送に加えて、制御信号を伝送するためのワイヤレススピーカ装置の構成および動作を説明する。以下の説明では、送電器から受電器へのデータ伝送をフォワードリンク（ＦＬ）データ伝送、受電器から送電器へのデータ伝送をリターンリンク（ＲＬ）データ伝送と呼ぶ。
【００７９】
ＦＬデータ伝送で伝送するＦＬデータの例としては、送電器のＩＤ、受電器のＩＤや定格、受信電力、消費電力の問い合わせ信号、受電器のパラメータ設定信号などがあり得る。また、伝送する情報は制御情報に限るものではなく、テキストデータ、画像データ、オーディオデータ等の情報でも良い。例えば、受電器に液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のような表示デバイスが設けられている場合、表示デバイスに表示するための画像、テキストなどの情報が伝送され得る。
【００８０】
また、ＲＬデータの例としては、受電器のＩＤや定格、受信電力、消費電力の問い合わせに対する応答信号、送電器のパラメータ設定信号やエラーメッセージなどがあり得る。ＦＬデータと同様、伝送する情報は制御情報に限定されず、どのような情報であってもよい。
【００８１】
ＦＬデータ伝送は、送電器において、ＦＬデータの値に応じて高周波パルスの振幅を変動させることによって実現される。パルスの振幅の変動は、種々の方法が可能であるが、本実施形態では、Ｅ級増幅器に印加する直流電圧ＶｄｄをＦＬデータの値に応じて変化させることによって行われる。
【００８２】
一方、ＲＬデータ伝送は、受電器において、ＲＬデータの値に応じて負荷を変動させることによって実現される。負荷が変化すると、送電器側のインピーダンスが変化するため、送電器の回路上に流れる電流および電圧も変化する。そこで、本実施形態における送電器は、回路上の適当な点で電流または電圧の変化を検出することにより、ＲＬデータを検出する。このように、本実施形態では、受電器から送電器に直接ＲＬデータが送信されるわけではないが、受電器側の負荷の変動により、送電器側において間接的にＲＬデータを検出できる。このため、本明細書では、上記のような間接的な方法によってＲＬデータを受電器から送電器に伝えることも、「ＲＬデータ伝送」と呼ぶ。
【００８３】
ＦＬデータおよびＲＬデータの伝送中は、送電器５００から受電器６００に伝送されるパルスの振幅が変動するため、電力伝送およびオーディオ信号の再生が不安定になる。そこで、本実施形態では、ＦＬデータおよびＲＬデータの伝送中は、ＰＷＭパルスのパルス幅を調整することにより、一定の電力の伝送が維持されるように制御される。
【００８４】
図６Ａは、電力およびオーディオ信号に加えてＦＬデータおよびＲＬデータをさらに伝送することができるワイヤレススピーカシステム（無線電力データ伝送システム）に用いられる送電器５００の構成例を示すブロック図である。図６Ｂは、当該システムに用いられる受電器６００の構成例を示すブロック図である。
【００８５】
送電器５００は、オーディオ信号ソース１０１、共振器１０４、１次コイル１０５、高周波変調部１０６の他、図１Ｂに示すものとは機能が異なるパルス幅変調部５０１およびＥ級増幅器５０２を備えている。さらに、パルス幅の補正値を示す信号をパルス幅変調部５０１に送出する補正値算出部５０３と、駆動電圧Ｖｄｄを決定してＥ級増幅器５０２に入力する駆動電圧制御部５０４と、Ｅ級増幅器５０２内を流れる信号を検出する送電側信号検出部５０５と、各部を制御する送電側データ伝送制御部５０６とを備えている。
【００８６】
本実施形態では、パルス幅変調部５０１、高周波変調部１０６、Ｅ級増幅器５０２、共振器１０４、および１次コイル１０５は、協働して本発明における「送電部」の機能を実現する。また、送電側データ伝送制御部５０６、補正値算出部５０３、駆動電圧制御部５０４、送電側信号検出部５０５は、協働して本発明における「（送電側）制御部」の機能を実現する。
【００８７】
受電器６００は、２次コイル２０１、共振器２０７、整流器２０２、ＬＰＦ２０３、スピーカ２０４の他、整流器２０２によって整流された信号を検出する受電側信号検出部６０１と、負荷を変化させることができる負荷変調部６０２と、受電側信号検出部６０１から出力される信号に基づいて負荷変調部６０２を制御する受電側データ伝送制御部６０３とをさらに備えている。
【００８８】
本実施形態では、２次コイル２０１、共振器２０７、整流器２０２、受電側信号検出部６０１は、協働して本発明における「受電部」の機能を実現する。また、負荷変調部６０２は、本発明における「可変負荷」の機能を有する。受電側データ伝送制御部６０３は、本発明における「（受電側）制御部」の機能を有する。
【００８９】
以下、送電器５００および受電器６００の各要素を説明する。まず、送電器５００の構成要素を説明する。
【００９０】
オーディオ信号ソース１０１、共振器１０４、１次コイル１０５、および高周波変調部１０６は、すでに説明した図１Ｂに示すものと同一なので説明を省略する。
【００９１】
パルス幅変調部５０１は、図１Ｂにおけるパルス幅変調部１０２に、パルス幅補正の機能を追加したものである。パルス幅変調部５０１は、補正値算出部５０３から入力される補正値を示す信号に基づき、オーディオ信号に基づくＰＷＭパルスの幅を変化させることができる。例えば、入力されるオーディオ信号がアナログ信号の場合、図３に示す三角波４１の振幅Ａｔｒ１または周波数ｆ０を変化させることにより、パルス幅を変化させる。一方、オーディオ信号がディジタル信号の場合、図８を参照しながら後述する処理により、パルス幅を変化させる。
【００９２】
Ｅ級増幅器５０２は、図２に示すＥ級増幅器１０３と同様の構成を有するが、複数の駆動電圧Ｖｄｄに対応しており、駆動電圧Ｖｄｄに比例した振幅ＥＡの増幅された高周波ＰＷＭパルスを出力する。Ｅ級増幅器５０２の入力端子（ｂ）には、駆動電圧制御部５０４から駆動電圧Ｖｄｄが印加される。なお、Ｅ級増幅器５０２には、ＦＬデータ伝送を行っていないときには、Ｖｄｄ＝Ｖｄｄ０の駆動電圧が供給され、振幅ＥＡ０の増幅された高周波ＰＷＭパルスが出力される。一方、ＦＬデータ伝送を行っているときには、ＦＬデータの値に応じてＶｄｄ０とは異なる駆動電圧がＥ級増幅器５０２に供給される。その結果、Ｅ級増幅器５０２は、ＦＬデータに応じて振幅が変調された高周波ＰＷＭパルスを共振器１０４に送出する。
【００９３】
補正値算出部５０３は、ＦＬデータまたはＲＬデータに応じてパルスの振幅が変化しても、パルス面積が一定に保たれるように、パルス幅に加える補正値を計算してパルス幅変調部５０１に伝える。
【００９４】
駆動電圧制御部５０４は、送電側データ伝送制御部５０６から入力された制御信号に基づいて、駆動電圧Ｖｄｄを決定し、決定した駆動電圧をＥ級増幅器５０２に入力する。駆動電圧制御部５０４は、例えば出力電圧の異なる複数の直流電源（電圧源）を用いて、制御信号に応じて使用する電圧源を切り替えることにより、駆動電圧の可変制御を実現することができる。あるいは、単一の電圧源の出力を、可変抵抗器等を用いて変動させることによって同様の制御を行ってもよい。
【００９５】
駆動電圧制御部５０４は、ＦＬデータ伝送が行われていないときは、駆動電圧Ｖｄｄ０をＥ級増幅器５０２に出力する。一方、駆動電圧制御部５０４は、ＦＬデータ伝送期間中は、制御信号が示すＦＬデータの内容に応じて複数の駆動電圧から一つを選択し、Ｅ級増幅器５０２に出力する。例えば、ＦＬデータ伝送を２値の振幅変調で行う場合、駆動電圧としてＶｄｄ１とＶｄｄ２の２つの値を、ＦＬデータの内容によって切り替える。また、ＦＬデータ伝送をＮ値（Ｎは３以上の整数）の振幅変調で行う場合は、Ｎ個の駆動電圧（Ｖｄｄ１、Ｖｄｄ２、・・・、ＶｄｄＮ）を、ＦＬデータに応じて切り替える。
【００９６】
送電側信号検出部５０５は、受電器６００において負荷が変化した際に現れる、Ｅ級増幅器５０２内の電流・電圧の変化を観測するための検出器である。送電側信号検出部５０５は、Ｅ級増幅器５０２内の電流および電圧の少なくとも一方を観測することにより、受電器６００における負荷の変化を検出し、検出結果（負荷変化検出信号）を送電側データ伝送制御部５０６に伝える。
【００９７】
送電側データ伝送制御部５０６は、データ伝送の制御を行う回路である。送電側データ伝送制御部５０６は、ＣＰＵやマイコン、ＤＳＰ、ＦＰＧＡのようなプロセッサ５１０と接続されており、送信するデータの値を受け取る。なお、プロセッサ５１０は、送電器５００の外部に設けられていてもよい。送電側データ伝送制御部５０６は、受電器６００に伝送するＦＬデータに基づいて、制御信号を発生し、補正値算出部５０３および駆動電圧制御部５０４へ当該制御信号を送る。また、送電側データ伝送制御部５０６は、送電側信号検出部５０５から負荷変化検出信号を受け取り、当該検出信号に基づいて受電器６００から送られてきたＲＬデータを検出する。このＲＬデータに基づき、送電側データ伝送制御部５０６は、後述するように、ＦＬデータ伝送とＲＬデータ伝送との間の時分割の制御も行う。
【００９８】
続いて、図６Ｂに示す受電器６００の各要素の構成を説明する。
【００９９】
２次コイル２０１、整流器２０２、ＬＰＦ２０３、スピーカ２０４、および共振器２０７はすでに説明した図１Ｂに示すものと同一なので説明を省略する。
【０１００】
受電側信号検出部６０１は、整流器２０２からの出力信号（受信パルス）の振幅を観測し、振幅変調されているＦＬデータを検出する回路である。受電側信号検出部６０１は、検出したＦＬデータを示す信号（振幅検出信号）を、受電側データ伝送制御部６０３に送出する。一方、整流器２０２から送られてきた受信パルスを負荷変調部６０２に送出する。
【０１０１】
受電側データ伝送制御部６０３は、データ伝送の制御を行う回路である。受電側データ伝送制御部６０３は、ＣＰＵやマイコン、ＤＳＰ、ＦＰＧＡのようなプロセッサ６１０と接続されており、送電器５００に送信するＲＬデータの内容を受け取る。なお、プロセッサ６１０は、受電器６００の外部に設けられていてもよい。受電側データ伝送制御部６０３は、受け取ったＲＬデータに基づく制御信号を負荷変調部６０２に送る。また、受電側データ伝送制御部６０３は、受電側信号検出部６０１から振幅検出信号を受け取り、当該信号に基づいて送電器５００から送られてきたＦＬデータを検出する。このＦＬデータに基づき、受電側データ伝送制御部６０３は、後述するように、ＦＬデータ伝送とＲＬデータ伝送との間の時分割の制御も行う。
【０１０２】
負荷変調部６０２は、受電側データ伝送制御部６０３から送られた信号が示すＲＬデータの内容に応じて、負荷を変化させる。負荷の変化のための構成として、例えば特許文献４の図２に記載されている構成を適用できる。特許文献４の記載全体を本願明細書に援用する。なお、負荷の変調の方法は特に限定されず、負荷変調の結果、パルスの振幅が変化する限り、公知のどのような方法を適用してもよい。負荷変調部６０２は、受電側信号検出部６０１から送られてきたパルスをＬＰＦ２０３に送出する。負荷変調部６０２によって負荷が変化すると、送電器５００から受電器６００へ伝送されるパルスの振幅が変化する。
【０１０３】
次に、ＦＬデータ伝送時およびＲＬデータ伝送時の送電器５００および受電器６００の動作について説明する。
【０１０４】
本実施形態におけるワイヤレススピーカ装置２は、受電器６００のスピーカ２０４を駆動するための電力およびスピーカ２０４によって再生されるオーディオ信号を送電器５００から受電器６００に送ることに加えて、送電器５００と受電器６００との間で双方向のデータの伝送を行う。以下の説明では、送電器５００から、受電器６００のスピーカ２０４を駆動するための電力およびスピーカ２０４によって再生されるオーディオ信号が伝送されている状態、すなわち送電器５００からパルスが送信されている状態を想定する。さらに、この状態において、ＦＬデータ伝送およびＲＬデータ伝送は、時分割で行われる場合を想定する。
【０１０５】
図７は、ＦＬデータ伝送とＲＬデータ伝送とが時分割で行われる場合の例を示す図である。図７に示すように、ＦＬデータ伝送期間とＲＬデータ伝送期間とは交互に設定される。この例では、ＦＬデータ伝送期間およびＲＬデータ伝送期間は同じ長さであり、それぞれ３個のパルスが送られる。ＦＬデータ伝送期間では、通常の形状のパルスが送電器５００から受電器６００に伝送される。一方、ＲＬデータ伝送期間では、パルスの値が各パルスの持続時間の途中で変化したパルスが受電器６００から送電器５００に伝送される。このようなパルスの形状の変化により、ＲＬのデータが表現される。
【０１０６】
なお、図７ではＦＬデータ伝送期間とＲＬデータ伝送期間とで、それぞれ３個のパルスを送る図が描かれているが、この例に限るものではない。ＦＬデータの量および発生頻度とＲＬデータの量および発生頻度とに応じて、各期間が上記の例とは異なるように設定しても良い。また、ＦＬデータ伝送期間とＲＬデータ伝送期間との比は、機器設計時やオーディオ信号伝送開始時、データ伝送開始時に決定する構成にしても良いし、データ伝送中に適応的に決定する構成にしても良い。また、必ずしもＦＬデータ伝送期間とＲＬデータ伝送期間とが交互に現れる必要はなく、途中にＦＬデータとＲＬデータとがいずれも伝送されていない期間（非データ伝送期間）を設けても良い。
【０１０７】
ＦＬデータ伝送とＲＬデータ伝送との間の時分割の制御は、送電器５００における送電側データ伝送制御部５０６および受電器６００における受電側データ伝送制御部６０３が行う。
【０１０８】
まず、ＦＬデータ伝送期間における送電器５００および受電器６００の動作について説明する。なお、以下では、ＦＬデータを２値（０／１）の振幅変調によって伝送する場合について説明する。ＦＬデータをＮ値（Ｎは３以上の整数）の振幅変調によって伝送する場合についても容易に拡張可能であるため、そのような場合の説明は省略する。
【０１０９】
まず、オーディオ信号ソース１０１は、受電器６００のスピーカ２０４で再生するオーディオ信号をパルス幅変調部５０１に送る。
【０１１０】
送電側データ伝送制御部５０６は、プロセッサ５１０から送信すべきデータの内容を受け取る。送電側データ伝送制御部５０６は、ＦＬデータ伝送期間中に、プロセッサから受け取ったデータを、無線電力データ伝送で伝送可能な形に変換することにより、ＦＬデータを生成する。ＦＬデータは、複数の０または１のビットからなるバイナリのデータ系列である。
【０１１１】
送電側データ伝送制御部５０６は、ＦＬデータの値（０／１）に応じて、補正値算出部５０３および駆動電圧制御部５０４に送る信号を変化させる。具体的には、送電側データ伝送制御部５０６は、ＦＬデータが０のとき、補正値算出部５０３に「補正値Ｐ１」を指示する信号を送信し、駆動電圧制御部５０４に「駆動電圧Ｖｄｄ１」を指示する信号を送信する。一方、送電側データ伝送制御部５０６は、ＦＬデータが１のとき、補正値算出部５０３に「補正値Ｐ２」を指示する信号を送信し、駆動電圧制御部５０４に「駆動電圧Ｖｄｄ２」を指示する信号を送信する。
【０１１２】
以下、ＦＬデータが０のとき、およびＦＬデータが１のときの各場合について、パルス列の変調動作をより具体的に説明する。
【０１１３】
（１）ＦＬデータが０のとき
送電側データ伝送制御部５０６は、補正値算出部５０３に「補正値Ｐ１」を示す制御信号を送り、駆動電圧制御部５０４に「駆動電圧Ｖｄｄ１」を示す制御信号を送る。
【０１１４】
補正値算出部５０３は、送電側データ伝送制御部５０６から送られてきた制御信号に基づき、パルス幅変調部５０１に、補正値Ｐ１を示す信号を送る。
【０１１５】
パルス幅変調部５０１は、オーディオ信号ソース１０１から送られてきたオーディオ信号と、補正値算出部５０３から送られてきた補正値Ｐ１を示す信号とを用いてＰＷＭパルスを生成する。以下、オーディオ信号がディジタルオーディオ信号（ＰＣＭ信号）である場合における処理の例を説明する。
【０１１６】
図８は、この場合におけるパルス幅変調部５０１の構成例を示すブロック図である。パルス幅変調部５０１は、図４に示したパルス幅変調部１０２のパルス幅計算部１０２６を、パルス幅計算部８０１に置き換えたものである。パルス幅計算部８０１は、再量子化部１０２５から送られてくるＰＣＭ値と、乗算部１０２８から送られてくるフィードバック値と、補正値算出部５０３から送られてくる補正値Ｐ１とを加算または減算してパルス幅を計算し、パルス出力部１０２９および遅延部１０２７に送る。パルス幅変調部５０１は、ＰＷＭパルスを高周波変調部１０６に送る。
【０１１７】
一方、オーディオ信号がアナログオーディオ信号の場合、パルス幅変調部５０１は、補正値算出部５０３から送られてきた補正値Ｐ１を示す信号に基づいて、図３に示す三角波４１の振幅または周波数を変化させることにより、ＰＷＭパルスの幅を変化させる。なお、三角波４１の代わりにノコギリ波のような参照波を用いる場合も、振幅または周波数を変化させることにより、同様の結果が得られる。パルス幅変調部５０１は、例えば不図示のメモリに、補正値と参照波の振幅または周波数との対応関係を規定した情報を予め記録しておき、その情報を参照することにより、上記の処理を実行する。
【０１１８】
高周波変調部１０６は、パルス幅変調部５０１から送られてきたＰＷＭパルスを共振器１０４の共振周波数ｆ０（数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ）と実質的に同一の周波数の高周波に変調した高周波ＰＷＭパルスをＥ級増幅器５０２に出力する。
【０１１９】
駆動電圧制御部５０４は、送電側データ伝送制御部５０６より、「駆動電圧Ｖｄｄ１」を示す制御信号を受けているので、Ｅ級増幅器５０２にＶｄｄ１の駆動電圧を供給する。
【０１２０】
次に、Ｅ級増幅器５０２は、高周波変調部１０６から送られてきた高周波ＰＷＭパルスを用いてトランジスタのスイッチングを行い、増幅された高周波ＰＷＭパルスを出力する。ここで、増幅後高周波ＰＷＭパルスの振幅は、Ｖｄｄ１に比例した値ＥＡ１となる。
【０１２１】
Ｅ級増幅器５０２は、増幅後高周波ＰＷＭパルスを共振器１０４に送る。増幅後高周波ＰＷＭパルスは、１次コイル１０５から、共振磁場として受電器６００に伝送される。
【０１２２】
（２）ＦＬデータが１のとき
送電側データ伝送制御部５０６は、補正値算出部５０３に「補正値Ｐ２」を示す制御信号を送り、駆動電圧制御部５０４に「駆動電圧Ｖｄｄ２」を示す制御信号を送る。
【０１２３】
補正値算出部５０３は、送電側データ伝送制御部５０６から送られてきた制御信号に基づき、パルス幅変調部５０１に、補正値Ｐ２を示す信号を送る。
【０１２４】
パルス幅変調部５０１は、オーディオ信号ソース１０１から送られてきたオーディオ信号と、補正値算出部５０３から送られてきた補正値Ｐ２を示す信号とを用いてＰＷＭパルスをし、高周波変調部１０６に送る。
【０１２５】
パルス幅変調部５０１の処理は、補正値がＰ１からＰ２に変わるだけで、それ以外についてはＦＬデータが０のときと同じなので、説明を省略する。
【０１２６】
高周波変調部１０６は、パルス幅変調部５０１から送られてきたＰＷＭパルスを共振器１０４の共振周波数ｆ０（数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ）と実質的に同一の周波数の高周波に変調した高周波ＰＷＭパルスをＥ級増幅器１０３に出力する。
【０１２７】
駆動電圧制御部５０４は、送電側データ伝送制御部５０６より、「駆動電圧Ｖｄｄ２」を示す制御信号を受けているので、Ｅ級増幅器５０２にＶｄｄ２の駆動電圧を供給する。
【０１２８】
次に、Ｅ級増幅器５０２は、高周波変調部１０６から送られてきた高周波ＰＷＭパルスを用いてトランジスタのスイッチングを行い、増幅された高周波ＰＷＭパルスを出力する。ここで、増幅後高周波ＰＷＭパルスの振幅は、Ｖｄｄ２に比例した値ＥＡ２となる。
【０１２９】
Ｅ級増幅器５０２は、増幅後高周波ＰＷＭパルスを共振器１０４に送る。増幅後高周波ＰＷＭパルスは、１次コイル１０５から、共振磁場として受電器６００に伝送される。
【０１３０】
なお、上記説明では、Ｖｄｄ０とＶｄｄ１とＶｄｄ２とはそれぞれ異なる値として記述をしたが、Ｖｄｄ０＝Ｖｄｄ１、またはＶｄｄ０＝Ｖｄｄ２と設定することにより、０または１の値を伝送するときの駆動電圧を、非データ伝送期間の駆動電圧Ｖｄｄ０と等しくしても良い。このようにすることで、補正値Ｐ１またはＰ２を０にすることができる。その結果、ＦＬデータが０または１の一方の期間において、パルス幅変調部５０１、Ｅ級増幅器５０２の動作を、ＦＬデータを伝送していない場合と同一にすることができ、構成を簡易化することができるので、望ましい実施の形態となる。そこで、以下では、Ｖｄｄ０＝Ｖｄｄ１＞Ｖｄｄ２として説明を行う。このとき、０＝Ｐ０＝Ｐ１＜Ｐ２、ＥＡ０＝ＥＡ１＞ＥＡ２という関係となる。
【０１３１】
本実施形態では、ＦＬデータ伝送期間中、受電器６００における受電側データ伝送制御部６０３は、負荷変調部６０２の負荷の制御を行わない。また、受電側データ伝送制御部６０３は、受電側信号検出部６０１に受信ＰＷＭパルスの振幅から受信ＦＬデータ検出を指示する信号を送る。
【０１３２】
ＦＬ伝送期間中、受電器６００は、共振磁場を受け、受けた共振磁場を２次コイル２０１、共振器２０７、整流器２０２を通して、受信ＰＷＭパルスに変換する。
【０１３３】
受電側信号検出部６０１は、受信ＰＷＭパルスの振幅を検出する。受電側信号検出部６０１は、受信ＰＷＭパルスの振幅ＤＡを予め設定されたしきい値ＴＡと比較する。ＰＷＭパルスの振幅ＤＡがＴＡより大きいと判定した場合、ＦＬデータ０が伝送されたという情報を、ＴＡより小さかいと判定した場合、ＦＬデータ１が伝送されたという情報を受電側データ伝送制御部６０３に送る。なお、上記の信号検出方法は一例であり、他のパルス振幅変調の信号検出方法を用いても良い。
【０１３４】
受電側データ伝送制御部６０３は、受電側信号検出部６０１から送られてきたＦＬデータをデコードし、プロセッサ６１０に送る。また、受電側信号検出部６０１は、振幅検出後の受信ＰＷＭパルスを負荷変調部６０２に送る。ＦＬデータ伝送中は、負荷変調部６０２は動作せず、固定負荷として機能する。その後、ＰＷＭ信号はＬＰＦ２０３によりオーディオ信号に変換されスピーカ２０４から再生される。
【０１３５】
図９は、ＦＬデータの値が０の場合とＦＬデータの値が１の場合とで、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９（ａ）、（ｂ）に示すように、入力されるパルスの振幅が変化しても、その分パルス幅を大きくすることによって個々のパルスの面積（持続時間×値）が一定に維持されるため、積分器の出力は同一になる。
【０１３６】
以上が、ＦＬデータ伝送時の送電器５００および受電器６００の動作の説明である。以上のように、本実施形態では、ＦＬデータ伝送期間とＲＬデータ伝送期間とが時分割で交互に設定される。伝送するＦＬデータの値に応じてパルス振幅を変調させるとともに、各パルスの面積が一定に維持されるように、パルス幅を変化させることにより、電力およびオーディオ信号の安定的な伝送が可能となる。
【０１３７】
なお、上記の例では、各パルスの面積が一定になるようにパルス幅が変調されるが、厳密にパルス面積を一定にする必要はない。電力レベルの変化が小さくなるようにパルス幅を変化させるように制御されていれば、ある程度の効果を得ることができる。
【０１３８】
次に、ＲＬデータ伝送時における送電器５００および受電器６００の動作を説明する。
【０１３９】
ＲＬデータ伝送が行われている間も、送電器５００から受電器６００へは、スピーカ２０４を駆動するのに十分な電力を持ったオーディオ信号が伝送されている。以下では、オーディオ信号伝送についての処理はすでに説明した通りなので、ＲＬデータ伝送に関係する部分についてのみ説明する。
【０１４０】
まず、受電器６００の受電側データ伝送制御部６０３は、ＲＬデータ伝送期間中、プロセッサ６１０から、送電器５００に送信するデータの内容を受け取る。受電側データ伝送制御部６０３は、ＲＬデータ伝送期間中、プロセッサ６１０から受け取ったデータを、無線電力データ伝送で伝送可能な形に変換することにより、ＲＬデータを生成する。本実施形態におけるＲＬデータは、複数の０または１のビットからなるバイナリのデータ系列である。受電側データ伝送制御部６０３は、負荷変調部６０２にＲＬデータを伝送する。なお、ＲＬデータは、２値のデータ系列である必要はなく、Ｎ値（Ｎは３以上の整数）のデータ系列であってもよい。Ｎ値のデータ系列を送信する場合、負荷値をＮ段階に変化させればよい。
【０１４１】
負荷変調部６０２は、ＲＬデータの内容に応じて、負荷の切り替えを行う。受電器６００は、負荷切り替えの結果として生じるＰＷＭパルス振幅の変化をもってＲＬデータの伝送を行う。
【０１４２】
図１０は、負荷変調によってパルス振幅が変化した様子を示す図である。図１０に示すように、負荷変調部６０２は、ＰＷＭパルスの各々の持続時間（パルス幅で規定される時間）の中心時刻において、負荷を変化させる。また、負荷変調部６０２は、ＲＬデータが０のときは、ＰＷＭパルス振幅が高い状態から、ＰＷＭパルスの中心時刻を境に低い状態に移るように、負荷を変化させる。一方、ＲＬデータが１のときは、負荷変調部６０２は、ＰＷＭパルス振幅が低い状態から、ＰＷＭパルスの中心時刻を境に高い状態に移るように、負荷を変化させる。ここで、図１０において、点線で示している振幅レベルは、負荷変調を行ったＰＷＭパルスの平均振幅レベルを表す。平均振幅レベルは、ＦＬデータ伝送およびＲＬデータ伝送共に行われていない場合の振幅レベルＥＡ０よりも低くなる。
【０１４３】
なお、図１０に示すパルス波形は、送電側信号検出部５０５の観測地点におけるパルス波形を表している。負荷変化の影響が送電側信号検出部５０５に伝わるまでには若干の時間を要するため、負荷変調部６０２は、受電側信号検出部６０１が検出したパルスの中心時刻からその時間の分だけ早いタイミングで負荷を変化させる必要がある。この時間のずれは、システム設計時に予め測定され、補正される。
【０１４４】
なお、本実施の形態では、負荷変調部６０２は一つのＰＷＭパルス内で１回の振幅変化を行う構成としたが、振幅変化は１回に限るものではなく、２回以上の振幅変化があっても、ＲＬデータが０のときと１のときとで振幅変化後のパルスの形状が異なっていればよい。また、本実施形態では、各パルスの持続時間の中心時刻で振幅が変化するように負荷が制御されるが、必ずしも中心時刻で振幅が変化するように制御する必要はない。
【０１４５】
さらに、負荷変調部６０２は、一つのＰＷＭパルスを一つのＲＬデータで変調する構成としたが、これに限るものではなく、複数のＰＷＭパルスを一つのＲＬデータで変調する構成としても良い。このようにすることで、ＲＬデータの伝送速度は低下するが、雑音、歪、同期ずれなどへの耐性を向上できる。
【０１４６】
次に、ＲＬデータ伝送時の送電器５００の動作について説明する。
【０１４７】
送電側データ伝送制御部５０６は、ＲＬデータ伝送期間中、補正値算出部５０３に補正値ＰＲを送る。これは、前述の通り、受電器６００の負荷変調部６０２での負荷変調により、ＰＷＭパルス振幅の平均値が、非データ伝送時のＰＷＭパルス振幅より小さくなってしまうため、これをパルス幅で補正するために行う。補正値ＰＲが入力されたパルス幅変調部５０１の動作は、ＦＬデータ伝送時と補正値が異なるだけなので、説明を省略する。また、送電側データ伝送制御部５０６は、ＲＬデータ伝送時、駆動電圧制御部５０４に駆動電圧を指定する信号は送信しないか、または、「駆動電圧Ｖｄｄ０」を指示する信号を送信する。なお、本実施形態では、送電側データ伝送制御部５０６および補正値算出部５０３は、協働して「パルス幅補正部」の機能を実現する。
【０１４８】
送電側データ伝送制御部５０６は、送電側信号検出部５０５が受電器６００からのデータを検出したとき、送電側信号検出部５０５が受電側からのデータを検出したときのパルス列のパルス振幅と、当該データを検出していないときのパルス振幅とから求められる値に基づいて、パルス面積が一定に維持されるようにパルス幅を補正する。なお、パルス面積を一定に維持することが好ましいが、一定に維持されない場合であっても、パルス面積の変化を低減させるようにパルス幅が調整されれば、ある程度の効果を得ることができる。
【０１４９】
以下、送電器５００において、ＲＬデータを検出する方法について説明する。
【０１５０】
Ｅ級増幅器５０２は、図２に示すＥ級増幅器１０３と同様、（ａ），（ｂ），（ｃ）の３つの入出力端子をもつ。端子（ａ）は、高周波ＰＷＭ信号を入力する端子で、トランジスタＴｒに接続されている。端子（ｂ）は、駆動電圧Ｖｄｄを入力する端子で、送電側データ伝送制御部５０６からの指示によって、電圧Ｖｄｄ０、Ｖｄｄ１、Ｖｄｄ２を切り替えて入力する。端子（ｃ）は、増幅後高周波ＰＷＭパルスを出力する端子である。前述のように、受電器６００の負荷が変化したとき、負荷変化の影響はＥ級増幅器５０２内で検出できる。具体的には、受電器６００の負荷が変化すると、図２に示す電流Ｉｏ、ｉｓ、ｉｇ、ｉＲ、ｉｃ、および電圧ｖｓが変化するので、これらのいずれかを観測することにより、受電器６００における負荷変化によって表されるＲＬデータを検出することができる。送電側信号検出部５０５は、Ｅ級増幅器５０２内の電流または電圧の変化に基づいて、伝送されたＲＬデータが０であるか、１であるかを検出し、検出結果を送電側データ伝送制御部５０６に送る。
【０１５１】
送電側データ伝送制御部５０６は、送電側信号検出部５０５から送られてきたＲＬデータをデコードし、プロセッサ５１０に送る。
【０１５２】
図１１は、本実施形態において、ＦＬデータおよびＲＬデータの有無および値に応じて、送電器５００によって設定されるパルス幅補正値、駆動電圧、増幅後ＰＷＭパルスの振幅がどのように設定されるかをまとめた表である。図１１に示すように、ＦＬデータおよびＲＬデータのいずれも伝送されていない期間は、パルス幅および駆動電圧はデフォルト値に設定される。ＦＬデータ伝送時は、ＦＬデータの値に応じて、駆動電圧およびパルス幅補正値が設定され、結果として増幅後ＰＷＭパルス振幅が変化する。一方、ＲＬデータ伝送時は、ＲＬデータの値によらず、パルス幅補正値が一定の値ＰＲに設定される。
【０１５３】
なお、ＲＬデータの値によらずにパルス幅補正値を一定値に設定するのは、個々のパルス面積が一定になるように受電器６００内の負荷が制御されるためである。仮にＲＬデータの値に応じて、各パルスのパルス面積が変化するように構成されている場合、送電器５００はパルス幅補正値をＲＬデータの値に応じて変えることが好ましい。また、各パルスのパルス面積が、仮にＲＬデータを伝送していないと仮定した場合のパルス面積と同一になるように負荷を変調させる構成も可能である。そのような構成は、若干の伝送ロスを伴うため、非効率であるが、送電器５００によるパルス幅の調整が不要になるという利点がある。
【０１５４】
なお、受電器における負荷の変化は、上記のようなマンチェスタ符号に限らず、正弦波状または三角波状の変化であってもよい。例えば正弦波にすれば、負荷の制御が若干困難になるが、ノイズが減少するという利点がある。また、上記の説明では、オーディオ信号の伝送中にＲＬデータ伝送を行うこととしたが、ＲＬデータ伝送は、オーディオ信号の停止時や再生時など、音量が０の期間のみに行うようにしてもよい。
【０１５５】
以上説明したように、本実施形態における送電器５００および受電器６００は、スピーカ２０４を駆動するために十分な電力を、オーディオ信号および双方向データ（ＲＬデータおよびＲＬデータ）とともに単一の磁場搬送波で伝送することができる。本実施形態では、前述のとおり、双方向データであるＦＬデータおよびＲＬデータは、時分割で伝送される。
【０１５６】
＜１−３．ＴＤＤタイミング同期方法＞
続いて、送電器５００と受電器６００との間でＦＬデータ伝送期間とＲＬデータ伝送期間（非データ伝送期間）との同期（以下ＴＤＤ同期）を取るための方法の一例について説明する。
【０１５７】
図１２は、ＴＤＤ同期を取る際に、送電器５００が送信するパルスの様子を示す図である。送電器５００は、オーディオ信号を送っていない場合、図１２に示すようなＴＤＤ同期を取るためのパルスを送信する。ここで、オーディオ信号を送信していない場合とは、例えば、オーディオ再生前後や、曲間、送電器５００の電源投入時である。オーディオ信号を送信していない場合は、オーディオ信号ソース１０１がＰＣＭ値０の信号を出力している場合に相当する。ＰＣＭ値０に相当するＰＷＭパルスは、デューティ比５０％のパルスであり、デューティ比５０％のパルスは、受電器６００のスピーカ２０４からは無音として出力される。
【０１５８】
図１２に示すように、ＴＤＤ同期時、送電器５００は、Ｄｕｔｙ５０％のパルスを送信している期間とパルスを送信していない期間とを交互に繰り返す。以下の説明では、Ｄｕｔｙ５０％のパルスを送信している時間を「Ｄｕｔｙ５０％パルス送信期間」、パルスを送信していない期間を「パルス非送信期間」と呼ぶ。送電器５００は、ＦＬデータ伝送期間と同じ時間だけ、Ｄｕｔｙ５０％パルス送信期間を設け、ＲＬデータ伝送期間と同じ時間だけパルス非送信期間を設けてパルスを送信する。このようにすることで、図１２に示されるようなパルスを受信した受電器６００は、パルスが送信されている期間と非送信の期間とを検出することができる。このため、ＦＬデータ伝送期間とＲＬデータ伝送期間とを知ることができ、結果的にＴＤＤ同期を取ることができる。
【０１５９】
また、上述のように、Ｄｕｔｙ５０％パルス送信期間は、ＰＣＭ値０のオーディオ信号を表しているので、受電器６００のスピーカ２０４からは、音声は出力されない。また、パルス非送信期間においては、Ｄｕｔｙ０％のパルスは、負の方向に最大振幅のＰＣＭ値を現すが、連続して送ると受電器６００における図示しない直流成分カットフィルタによりカットされ、スピーカ２０４へは入力されないため、音声は出力されない。ここで、パルスを送信しないことと、Ｄｕｔｙ０％のパルスを送信することとは同義である。このため、パルス非送信期間を、「Ｄｕｔｙ０％パルス送信期間」と考えることもできる。
【０１６０】
なお、上記説明ではＤｕｔｙ５０％パルス送信期間をＦＬデータ伝送期間に、パルス非送信期間をＲＬデータ伝送期間に対応付けたが、この例に限るものではなく、対応付けを逆にしても同等の効果が得られる。
【０１６１】
また、受電器６００は、図１２に示すようなパルスを受信することにより、負荷変調の際に必要となるパルスの中心時刻を算定することができる。具体的には、Ｄｕｔｙ５０％パルス送信期間においては、送信されるパルスはすべて同じパルス幅を持つので、各パルスの立上り時刻、立下がり時刻を検出し、そこから中心時刻を求めることができる。前後のパルスについても同様に中心時刻を求めることにより、中心時刻タイミングに同期したクロック信号が得られる。
【０１６２】
なお、パルスの中心時刻を算定する場合は、必ずしも図１２に示したようにＤｕｔｙ５０％パルス送信期間と、パルス非送信期間を設ける必要はない。例えば、等しいＤｕｔｙのパルスを一定期間連続して送るようにしても良い。このようにすることによっても、パルスの中心時刻に同期したクロック信号を抽出することができる。
【０１６３】
（実施の形態２）
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。実施の形態１では、Ｅ級アンプの駆動電圧を変化させることにより、ＰＷＭパルスの振幅を変化させるＦＬデータ伝送方法について説明した。本実施の形態では、ＦＬデータ伝送方法の別の例として、Ｅ級アンプのスイッチング周波数を変化させることにより、ＰＷＭパルスの振幅を変化させるＦＬデータ伝送方法について説明する。以下の説明では、実施の形態１と同様の点については説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
【０１６４】
図１３は、本実施の形態における送電器１２００の構成を示すブロック図である。本実施形態における送電器１２００は、オーディオ信号ソース１０１、パルス幅変調部５０１、高周波変調部１２０１、Ｅ級増幅器１０３、共振器１０４、１次コイル１０５、送電側データ伝送制御部５０６、補正値算出部５０３、送電側信号検出部５０５を備えている。高周波変調部１２０１以外は、すでに説明した構成と同一なので、以下では高周波変調部１２０１の動作に関係する部分のみ説明する。
【０１６５】
実施の形態１における送電器５００と同様、パルス幅変調部５０１は、ＰＷＭパルスを高周波変調部１２０１に送る。また、送電側データ伝送制御部５０６は、ＦＬデータを高周波変調部１２０１に送る。
【０１６６】
高周波変調部１２０１は、２つの周波数を出力する発振器を備える。なお、これはＦＬデータ伝送を２値で行う場合の構成であり、３値以上で行う場合は、３つ以上の周波数を出力する発振器を用いればよい。また、発振器は、複数の周波数を出力可能な一つの発振器であっても良いし、発振周波数の異なる複数の発振器を有していてもよい。
【０１６７】
ＦＬデータを伝送していない場合、およびＦＬデータ「０」を送信する場合の発振器の出力周波数をｆ０、ＦＬデータ「１」を送信する場合の発振器の出力周波数をｆ１とする。高周波変調部１２０１は、送電側データ伝送制御部５０６から送られてくるＦＬデータの値に応じて、発振器の出力周波数をｆ０とｆ１との間で切り替える。その結果、ＦＬデータの値に応じて周波数が変調された高周波変調ＰＷＭパルスが出力される。
【０１６８】
ここで、発振器の出力周波数ｆ０、ｆ１と共振器１０４の周波数特性（ゲイン）との関係を図１４に示す。図１４に示すように、出力周波数ｆ０は、共振器１０４の周波数特性のピークに近い部分、すなわち共振周波数付近の周波数であり、出力周波数ｆ１は、共振器１０４の周波数特性のピークから少しずれた周波数である。このようにｆ０およびｆ１を設定することにより、高周波変調部１２０１およびＥ級増幅器１０３から出力されるパルスの振幅は一定であるが、ＦＬデータの値に応じて、増幅後の高周波ＰＷＭパルスの周波数が変化するため、共振器１０４を通過後のパルスの振幅は、図１４に示す周波数特性に応じて変化する。
【０１６９】
以上の構成により、送電器１２００は、パルスの振幅の変化によってＦＬデータが「０」であるか「１」であるかを受電器６００に伝送することができる。なお、この際、送電器１２００の補正値算出部５０３は、実施の形態１の場合と同様、振幅変化によるオーディオ信号レベルの変化を打ち消すように補正値を算出し、パルス幅変調部５０１に送る。また、本実施形態における受電器は、実施の形態１で説明した受電器６００と同一のものを用いることができる。
【０１７０】
以上のように、本実施の形態における送電器１２００は、高周波変調部１２０１を備え、高周波ＰＷＭパルスを作成する際の発振周波数を、ＦＬデータの値に応じて変化させる。このように構成することにより、Ｅ級増幅器１０３の駆動電圧Ｖｄｄを変えることなく、増幅後の高周波ＰＷＭパルスの振幅を変えることができる。本実施形態では、単一の駆動電圧Ｖｄｄに対応する増幅器でよいので、従来のＥ級増幅器を用いることができる。
【０１７１】
なお、本実施形態における送電装置１２００は、パルス幅変調部５０１から出力されるＰＷＭパルスを高周波変調部１２０１によって高周波変調した後、Ｅ級増幅器１０３に入力するが、このような形態に限定されるものではない。例えば、パルス幅変調部５０１が、パルス幅変調および高周波変調の両方の処理を、同時、または後者を先に行ってもよい。その場合、送電側データ伝送制御部５０６は、周波数を変化させるための指示を、パルス幅変調部５０１に行うようにすればよい。
【０１７２】
上記の送電器１２００は、高周波変調部１２０１の発振周波数と共振器１０４の周波数特性との関係を利用することにより、振幅変調を行う。上記の構成のほか、図１５に示すように、高周波変調部の発振周波数は変えずに、周波数特性の異なる複数の共振回路を含む共振器１５０１を備え、ＦＬデータの値に応じて使用する共振回路を切り替えるという構成をとっても、同等の効果を得ることができる。また、共振器１５０１の内部構成（コンデンサ、インダクタの値や数、接続形態）をＦＬデータの値に応じて変更することによって周波数特性（共振周波数）を変えるようにしてもよい。このように、共振器１５０１および一次コイル１０５を含むアンテナの共振周波数を制御することによって上記と同様の効果を実現できる。
【０１７３】
なお、上記の実施の形態１、２では、送電器は、オーディオデータを伝送することを前提としたが、伝送されるデータはオーディオデータである必要はない。また、上記のオーディオデータのように、パルス幅変調されるデータを伝送することも必須ではない。送電器がパルス幅変調されるデータを伝送せず、電力およびＦＬデータだけを伝送する場合であっても上記と同様の制御を適用することが可能である。また、上記の説明では、ＦＬデータ伝送およびＲＬデータ伝送の両方が行われるが、これらの両方が行われる必要は必ずしもない。送電器から受電器へのデータ伝送のみ、または受電器から送電器へのデータ伝送のみを行うように送電器および受電器が構成されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１７４】
本発明は、無線で電力を伝送して利用されるどのような電子機器にも適用することができる。例えば、ワイヤレススピーカ、ワイヤレステレビのような機器に有用である。
【符号の説明】
【０１７５】
１００ 送電器
１０１ オーディオ信号ソース
１０２ パルス幅変調部
１０３ Ｅ級増幅器
１０４ 共振器
１０５ １次コイル
１０６ 高周波変調部
２００ 受電器
２０１ ２次コイル
２０２ 整流器
２０３ ＬＰＦ
２０４ スピーカ
２０７ 共振器
５０１ パルス幅変調部
５０２ Ｅ級増幅器
５０３ 補正値算出部
５０４ 駆動電圧制御部
５０５ 送電側信号検出部
５０６ 送電側データ伝送制御部
６０１ 受電側信号検出部
６０２ 負荷変調部
６０３ 受電側データ伝送制御部
８０１ パルス幅計算部
１０２０ オーバーサンプリング部
１０２１ ゼロ挿入部
１０２２ 補間フィルタ部
１０２３ 前置ホールド部
１０２４ ΔΣ変調部
１０２５ 再量子化部
１０２６ パルス幅計算部
１０２７ 遅延部
１０２８ 乗算部
１０２９ パルス出力部
１２００ 送電器
１２０１ 高周波変調部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力およびデータを、無線で伝送するための無線電力データ伝送システム、送電装置、および受電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機器の動作に必要な電力を、無線および無接点（非接触）で伝送する取組みが行われている。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、特許文献１に記載されている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」と呼ぶ。）を採用した製品が商品化されており、ユーザの利便性を高めることに成功している。
【０００３】
また、近年、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、送電機器と受電機器との間の設置位置の自由度をより高められるという利点を有する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（例えば、特許文献２）。磁気共鳴方式または共振磁界結合方式とも呼ばれるこの無線電力伝送技術は、現在、研究および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。
【０００４】
磁気共鳴（ｒｅｓｏｎａｎｔ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）方式では、送電器および受電器は、それぞれ共振器を備えている。送電器の共振器（送電側共振器）の共振周波数と受電器の共振器（受電側共振器）の共振周波数とが一致している場合のみ、共振現象を利用して送電側から受電側へ電力が伝送される。
【０００５】
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値が数千というオーダの共振器が用いられる。これにより、送電器と受電器との間の距離が離れていたり、送電側共振器のコイルの軸と受電側共振器のコイルの軸とがずれていたりすることによって結合係数ｋが小さい場合であっても、高い電力伝送効率を達成することができる。
【０００６】
磁気共鳴方式では、共振器の共振周波数は、非特許文献１に開示されているように、任意の周波数に設計できる。ここで、共振周波数として数十ＭＨｚ帯の周波数を用いて、共振器の周波数特性の３ｄＢ帯域幅が数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚとなるように共振器を設計すると、電力伝送のための磁場搬送波を数百ｋｂｐｓ〜数Ｍｂｐｓの伝送速度のデータで変調したデータ通信を行うことができる。このようにすることで、電力およびデータの重畳伝送を実現できる。以下では、このような伝送のことを「無線電力データ伝送」と呼ぶ。
【０００７】
磁場搬送波を変調することによって伝送されるデータの一例として、オーディオ信号がある。オーディオ信号は、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの帯域の音声信号であるため、数十ＭＨｚ帯を用いた磁気共鳴方式による無線電力データ伝送により、オーディオ信号を十分に伝送できる。特許文献３は、オーディオ信号の無線電力データ伝送の例を開示している。特許文献３に開示されたシステムは、無線電力伝送に用いられる磁場搬送波を、オーディオ信号によってＡＭ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調して伝送する送電装置と、送電装置から送られてきた磁場搬送波からスピーカを駆動するのに十分な電力を持ったオーディオ信号を受信する受電装置とを備えている。特許文献３に開示された送電装置および受電装置を用いることにより、バッテリ等の電源が不要なワイヤレススピーカ装置を実現できる。
【０００８】
また、特許文献１に開示された無線電力伝送システムでは、送電器および受電器が正しい機器同士であることを認証するためのデータが電力と共に伝送される。このような構成により、不正な受電器や電力を必要としていない受電器、受電器以外の異物などへの送電を回避することができるため、無線電力伝送の安全性が高くなる。
【０００９】
特許文献４は、磁場搬送波の周波数を変えることにより、バイナリデータの０と１とを区別して伝送する送電装置を開示している。共振器の周波数特性は、共振周波数ｆｏをピークとした周波数選択性のある特性であるため、磁場搬送波の周波数を変えると、磁場搬送波の振幅も変化する。また、特許文献４に開示された受電装置は、受電回路の負荷を切り替えることによって生じる磁場搬送波の振幅の変化により、バイナリデータの０と１とを区別して送電装置に送信することができる（負荷変調）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−２０６２３３号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１０／０１４１０４２号明細書
【特許文献３】特開２００９−１５３０５６号公報
【特許文献４】特開２００８−２０６３０５号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】居村岳広 他、“ｋＨｚ〜ＭＨｚ〜ＧＨｚにおける磁界共振結合によるワイヤレス電力伝送用アンテナの提案”、２０１０年電子情報通信学会予稿集、ＢＳ−９−５、２０１０年３月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述の無線電力データ伝送を実現するためには、電力を伝送するための磁場搬送波を用いて、オーディオ信号や制御情報のようなデータを伝送する必要がある。ここで、特許文献３に記載の装置のように、電力伝送のための磁場搬送波をオーディオ信号によってＡＭ変調する場合を考える。送電器において、ＡＭ変調された磁場搬送波を、さらに制御信号のようなデータで変調すると、磁場搬送波の振幅が変化するため、受電器側のスピーカで再生される音に、音量変化や歪、雑音が発生してしまうという課題がある。
【００１３】
この課題は、スピーカへオーディオ信号を伝送するシステムに限らず、電力に何らかのデータを重畳して伝送するどのようなシステムにおいても同様に発生する。すなわち、磁場搬送波を送信すべきデータによって変調すると、受電器が受ける電力の振幅が変動するため、電力伝送が不安定になるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一実施形態による受電装置は、電力を無線で伝送するシステムにおいて用いられ、送電装置にデータを伝達することができる。前記受電装置は、前記送電装置によってパルス列に変換されて送出された電力を受け取るように構成された受電部と、前記受電部に接続された可変負荷と、前記送電装置から前記電力が伝送されている状態において、前記送電装置内を流れる前記パルス列に含まれる各パルスの値が、前記パルスの持続時間の途中で変化するように、前記データの値に応じて前記可変負荷の負荷値を変化させる制御部とを備える。
【００１５】
ある実施形態において、前記制御部は、各パルスの持続時間の中心時刻において、前記可変負荷の負荷値を変化させる。
【００１６】
ある実施形態において、前記可変負荷は、第１の負荷値および第２の負荷値の２種類の負荷値を切り替えることができる。前記制御部は、前記データが第１の値である場合、各パルスの中心時刻よりも前の時間においては前記可変負荷の負荷値を前記第１の負荷値に切り替え、前記中心時刻よりも後の時間においては前記可変負荷の負荷値を前記第２の負荷値に切り替え、前記データが第２の値である場合、各パルスの中心時刻よりも前の時間においては前記可変負荷の負荷値を前記第２の負荷値に切り替え、前記中心時刻よりも後の時間においては前記可変負荷の負荷値を前記第１の負荷値に切り替える。
【００１７】
ある実施形態において、前記制御部は、前記データが第１の値である場合における各パルスの持続時間中の平均振幅と、前記データが第２の値である場合における各パルスの持続時間中の平均振幅とが等しくなるように前記可変負荷を制御する。
【００１８】
ある実施形態において、前記データを受電側データと呼ぶとき、前記送電装置から伝送される前記パルス列は、第１の送電側データおよび第２の送電側データの少なくとも一方によって変調された信号である。
【００１９】
ある実施形態において、前記送電装置から伝送される前記パルス列の伝送期間には、前記第１の送電側データのみによって変調された第１の期間と、前記第１の送電側データおよび第２の送電側データによって変調された第２の期間とが含まれ、前記制御部は、前記第１の期間において、前記受電側データの値に応じて前記可変負荷の負荷値を変化させる。
【００２０】
ある実施形態において、前記パルス列は、前記第１の送電側データによってパルス幅変調され、前記第２の送電側データによって振幅変調された信号である。
【００２１】
ある実施形態において、前記受電側データは、前記第１の送電側データに対する応答のためのデータである。
【００２２】
本発明のある実施形態による送電装置は、第１の送電側データをパルス幅変調することによってパルス列を生成して出力するパルス幅変調部と、前記パルス列のパルス幅を補正するパルス幅補正部と、パルス幅が補正された前記パルス列を送出する共振器と、上記のいずれかに記載の受電装置から送信される受電側データを検出する検出器とを備える。前記パルス幅補正部は、前記検出器が前記受電側データを検出したとき、前記パルス列のパルス幅を補正する。
【００２３】
ある実施形態において、前記パルス幅補正部は、前記検出器が前記受電側データを検出したときの前記パルス列に含まれる各パルスのパルス面積と、仮に前記検出器が前記受電側データを検出していないとした場合の前記パルスのパルス面積とが等しくなるように、前記パルス列のパルス幅を補正する。
【００２４】
ある実施形態において、前記パルス幅補正部は、前記検出器が前記受電側データを検出したとき、前記検出器が前記受電側データを検出したときの前記パルス列のパルス振幅と、前記検出器が前記受電側データを検出していないときの前記パルス振幅とから求められる値を用いて、前記パルス幅を補正する。
【００２５】
本発明のある実施形態による無線電力データ伝送システムは、電力を無線で伝送する送電装置と、前記電力を受け取るとともに、受電側データを前記送電装置に送信する受電装置とを備える。前記受電装置は、前記送電装置によって送出された電力を受け取るように構成された受電部と、前記受電部に接続された可変負荷と、前記受電部が前記送電装置からパルス列に変換された前記電力を受け取ったとき、前記送電装置に送信すべきデータの値に応じて、前記パルス列に含まれる各パルスの値が、前記パルスの持続時間の途中で変化するように、前記可変負荷の負荷値を変化させる制御部とを有している。
【００２６】
ある実施形態において、前記送電装置は、第１の送電側データをパルス幅変調することによってパルス列を生成して出力するパルス幅変調部と、前記パルス列のパルス幅を補正するパルス幅補正部と、パルス幅が補正された前記パルス列を送出する共振器と、前記受電装置から送信された前記受電側データを検出する検出器とを備え、前記パルス幅補正部は、前記検出器が前記受電側データを検出したとき、前記パルス列のパルス幅を補正する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の実施形態によれば、電力およびデータを無線で伝送する際に、受電器が受け取る信号に含まれる歪や雑音を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１Ａ】本発明の実施形態による無線電力データ伝送システムの基本構成
【図１Ｂ】実施の形態１における無線電力データ伝送システムの構成
【図２】Ｅ級増幅器１０３の構成図
【図３】パルス幅変調の例を示す図
【図４】パルス幅変調部１０２の内部構成図
【図５】オーバーサンプリング処理を説明するための図
【図６Ａ】本実施の形態のワイヤレススピーカ装置の送電器５００の構成図
【図６Ｂ】本実施の形態のワイヤレススピーカ装置の受電器６００の構成図
【図７】ＦＬデータ伝送とＲＬデータ伝送の時分割の例を示す図
【図８】パルス幅変調部５０１の構成図
【図９】パルス幅を変化させることによってオーディオ信号のレベルが維持されることを示す図
【図１０】負荷変調によって変化させるパルス振幅の様子を示す図
【図１１】ＲＬデータおよびＲＬデータの有無および値に応じて設定されるパルス幅補正値、駆動電圧、増幅後ＰＷＭパルスの振幅の例を示す表
【図１２】ＴＤＤ同期を取る際に送電器５００が送信するパルスの様子を示す図
【図１３】実施の形態２における送電器１２００の構成を示す図
【図１４】発振周波数ｆ０、ｆ１と共振器１０４の周波数特性の関係を示す図
【図１５】他の実施形態による送電器の構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明による具体的な実施形態を説明する前に、本発明の実施形態における基本構成を説明する。
【００３０】
図１Ａは、本発明の実施形態による無線電力データ伝送システムの基本構成例を示すブロック図である。当該システムは、送電装置（送電器）５０と、受電装置（受電器）６０とを備えている。本システムでは、送電装置５０から受電装置６０へ電力およびデータを伝送するとともに、受電装置６０から送電装置５０へデータを伝送することができる。
【００３１】
送電装置５０は、電力およびデータをパルス列に変換して送出する送電部５１と、送電部５１の動作を制御する送電側制御部５３とを有している。送電側制御部５３は、送信すべきデータの値に応じてパルス列の振幅を変化させるように送電部５１を制御する。これにより、パルス列の振幅の変調によってデータを受電装置６０に伝えることができる。ただし、パルス列の振幅のみを変調させると、受電装置６０に伝送される電力が変動するため、無線電力伝送が不安定になる場合がある。そこで、送電側制御部５３は、パルス列の振幅を変化させるとともに、パルス幅を変化させることにより、伝送電力の変動を抑え、安定動作を維持することができる。
【００３２】
一方、受電装置６０は、送電部５１から送出されたパルス列に基づく電力およびデータを受け取る受電部６１と、受け取った電力を消費する可変負荷６５と、受け取ったパルス列に基づいて、可変負荷６５の負荷値を制御する受電側制御部６３とを有している。受電装置６０は、送電装置５０に伝送すべきデータを、可変負荷６５の負荷値を変動させることによって実現する。具体的には、受電部６１が送電部５１からパルス列に変換された電力を受け取ったとき、受電側制御部６３は、送信すべきデータの値に応じて可変負荷６５の負荷値を変化させる。ここで、受電側制御部６３は、パルス列に含まれる各パルスの値が、当該パルスの持続時間の途中で変化するように、可変負荷６５を変化させる。このような制御により、送電装置５０の回路内を流れる電流および電圧が変動するため、その変動を検出すれば、受電装置６０から送られたデータを検出することができる。
【００３３】
ここで、受電装置６０が送電装置５０へデータを伝送しているときも、パルスの振幅が変動するため、電力伝送が不安定になるおそれがある。そこで、ある実施形態では、送電側制御部５３は、受電装置６０から送電装置５０へのデータ伝送が行われている間も、伝送するパルス列のパルス幅を調整する。これにより、受電装置６０からのデータ伝送中も、安定的な動作を実現することができる。
【００３４】
以上のように、本発明の実施形態では、送電装置５０は、電力とともにデータを無線で伝送するとき、データの値に応じて、伝送するパルス列の振幅およびパルス幅を調整することにより、安定動作を実現する。一方、受電装置６０は、可変負荷６５の負荷値を変化させることにより、送電装置５０側にデータを伝達する。このような構成により、例えば、送電装置５０から受電装置６０へ機器の認証や伝送の通知といった制御情報を送り、逆に受電装置６０から送電装置５０へその応答情報を通知することが可能となる。
【００３５】
また、送電装置５０は、そのような制御情報とは別に、他の種類のデータを重畳的に伝送することもできる。例えば、後述するように、パルス幅変調を用いてオーディオ信号のようなデータを電力および制御情報とともに伝送することができる。
【００３６】
以下、本発明の具体的な実施の形態を説明する。以下の説明において、同一または対応する要素には同一の参照符号を付している。
【００３７】
（実施の形態１）
まず、本発明による第１の実施の形態を説明する。本実施の形態は、無線電力データ伝送を行うワイヤレススピーカ装置に関している。以下の説明では、まず送電器から受電器へスピーカを駆動するための電力とオーディオ信号とを同時に伝送するための基本構成を説明する。続いて、機器の認証等のための制御信号を送電器と受電器との間でさらに送受信する構成例を説明する。本実施形態では、無線電力伝送方式として、磁気共鳴方式を採用しているが、この方式に限定されるものではなく、電磁誘導方式のような他の方式を採用してもよい。また、本実施形態ではオーディオデータを伝送しているが、他の種類のデータを伝送する場合も同様の構成を採用することができる。
【００３８】
＜１−１．基本構成（電力およびオーディオ信号の伝送）＞
まず、磁気共鳴方式による無線電力データ伝送により、送電器から受電器へスピーカを駆動するための電力とオーディオ信号とを伝送するワイヤレススピーカ装置（無線電力データ伝送システム）を用いて説明する。
【００３９】
図１Ｂは、本実施の形態における無線電力データ伝送システム１の構成を示すブロック図である。無線電力データ伝送システム１は、送電器１００と受電器２００とを備えている。
【００４０】
送電器１００は、オーディオ信号ソース１０１、パルス幅変調部１０２、高周波変調部１０６、Ｅ級増幅器１０３、共振器１０４、および１次コイル１０５を有している。受電器２００は、２次コイル２０１、共振器２０７、整流器２０２、ＬＰＦ２０３、およびスピーカ２０４を有している。なお、図１Ｂでは図示していないが、送電器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。
【００４１】
図１Ｂに示す無線電力データ伝送システム１は、オーディオ信号の伝送形式としてパルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を用いて、電力とオーディオ信号とを送電器１００から受電器２００に伝送する。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ことが特徴である。そのため、信号増幅の際にトランジスタの飽和領域を使用するＥ級増幅器１０３のような増幅器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。
【００４２】
また、無線電力データ伝送システム１は、送電器１００から受電器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、送電器１００と受電器２００との距離が長い場合のように、結合係数ｋが小さい場合であっても高い効率の電力伝送が可能である。
【００４３】
無線電力伝送システム１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。
【００４４】
以下、送電器１００および受電器２００の各構成要素を説明する。まず、送電器１００の各構成要素を説明する。
【００４５】
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。
【００４６】
パルス幅変調部１０２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に対してパルス幅変調処理を行う回路である。パルス幅変調部１０２は、例えばＬＳＩ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡといったプロセッサを含む。パルス幅変調部１０２は、パルス幅変調により、オーディオ信号の大きさに応じて幅が変調されたパルス列（以下、「ＰＷＭパルス」と呼ぶことがある。）を出力する。より具体的には、アナログオーディオ信号に対しては、入力信号を所定の周期および振幅をもつ三角波やノコギリ波のような参照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。一方、ディジタルオーディオ信号に対しては、後述するように、ディジタル信号処理によってパルス幅を変調させる。
【００４７】
高周波変調部１０６は、パルス幅変調部１０２に接続され、ＰＷＭパルスを共振器１０４の共振周波数ｆ０と同一の周波数の高周波（例えば、数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ）に変調する発振回路である。高周波に変調されたパルス列（以下、「高周波ＰＷＭパルス」と呼ぶことがある。）は、Ｅ級増幅器１０３に送出される。
【００４８】
Ｅ級増幅器１０３は、高周波変調部１０６から出力された高周波ＰＷＭパルスを増幅して出力する増幅回路である。Ｅ級増幅器１０３は、例えば図２に示す構成を有している。Ｅ級増幅器１０３は、ＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタから構成されるスイッチング素子Ｔｒと、インダクタＬｃ、Ｌ、Ｌ０と、キャパシタＣ、Ｃ０とを有している。インダクタＬ、Ｌ０およびキャパシタＣ０は、共振器１０４の共振周波数ｆ０と同一の共振周波数をもつ直列共振回路を構成する。スイッチング素子Ｔｒ、キャパシタＣ、直列共振回路（Ｌ、Ｌ０、およびＣ０）は、インダクタＬｃに対して並列に接続される。
【００４９】
図２に示す端子（ａ）には、高周波変調部１０６から高周波ＰＷＭパルスが入力される。また、端子（ｂ）には、外部の直流電源（不図示）から、駆動電圧Ｖｄｄが入力される。スイッチング素子Ｔｒのゲートに周波数ｆ０の高周波ＰＷＭパルスを印加することにより、直流電源から供給される直流電力を周波数ｆ０の高周波（ＲＦ）電力に変換することができる。これにより、電力伝送に必要な電力にまで増幅されたパルス列が、端子（ｃ）から出力され、共振器１０４へ送られる。
【００５０】
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級増幅回路のように、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であれば、同様に適用することができる。
【００５１】
共振器１０４は、共振周波数ｆ０のＬＣ共振回路である。共振器１０４は、インダクタとキャパシタとを有している。キャパシタは、良好な導電率を有する銅や銀などの導電対から好適に形成され得る。キャパシタには、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を介して空間に周波数ｆ０の共振磁場を形成する。
【００５２】
１次コイル１０５は、増幅されたパルス列に基づく電力およびデータを空間に送出するための要素である。１次コイル１０５の形状は、特に限定されず、ループ形状やスパイラル形状といった公知の形状を採用し得る。また、１次コイル１０５のサイズは、伝送距離や伝送電力に依存し、例えば数ｃｍ〜数十ｃｍに設定される。
【００５３】
続いて、受電装置２００の各構成要素を説明する。
【００５４】
２次コイル２０１は、送電装置１００における１次コイル１０５と同様の構造、形状を有するコイルである。
【００５５】
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を介して、１次コイル１０５によって形成された共振磁場から電力を受け取る。
【００５６】
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する整流回路である。整流回路の構成は特に限定されず、公知のものを採用することができる。整流器２０２によって整流された直流電力は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０３に送出される。
【００５７】
ＬＰＦ２０３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２０４に入力され、そこで再生される。
【００５８】
以下、電力およびオーディオ信号を伝送する際の無線電力伝送システム１の動作を説明する。
【００５９】
送電器１００におけるオーディオ信号ソース１０１は、受電器２００のスピーカ２０４によって再生されるオーディオ信号をパルス幅変調部１０２に出力する。オーディオ信号ソース１０１は、出力信号としてアナログオーディオ信号、または標本化周波数ｆｓおよび量子化ビット数ｂｑで表されるディジタル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から入力されたオーディオ信号をパルス幅変調する。
【００６０】
まず、オーディオ信号ソース１０１がアナログオーディオ信号を出力する場合のパルス幅変調部１０２の処理の一例について説明する。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）、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。この処理により、オーディオ信号の大きさに応じたパルス幅のパルス列が生成される。
【００６１】
続いて、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のパルス幅変調部１０２の処理の一例について説明する。オーディオ信号ソース１０１が出力するオーディオ信号が、ｆｓ［ｋＨｚ］、ｂｑビットで表現されるＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｃｏｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号である場合、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）などのディジタル信号処理を施す。
【００６２】
図４は、パルス幅変調部１０２がディジタルオーディオ信号のパルス幅変調を行う場合の内部構成の一例を示すブロック図である。図４に示すとおり、パルス幅変調部１０２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、補間フィルタ部１０２２と、前置ホールド部１０２３とを有している。なお、前置ホールド部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。
【００６３】
一例として、ディジタルオーディオ信号は、サンプリング周波数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ルおよび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。サンプリング周波数ｆｓ＝４８ｋＨｚであるため、ＰＣＭ信号のサンプリング周期は、１／ｆｓ≒２０．８μｓｅｃである。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。
【００６４】
図５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５（ａ）は、ゼロ挿入部１０２１に入力されるＰＣＭ信号の例を示している。ゼロ挿入部１０２１は、図５（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個の値が０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に出力する。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５（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に出力する。
【００６５】
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。この結果、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。
【００６６】
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（＝２bq−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。
【００６７】
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。
【００６８】
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、遅延したパルスの値を乗算部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。
【００６９】
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、遅延した各パルスの値を乗算部１０２８に出力するように構成される。
【００７０】
パルス出力部１０２９は、パルス幅計算部１０２６によって決定されたパルス幅をもつパルスを、高周波変調部１０６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。
【００７１】
図１Ｂに示す高周波変調部１０６は、パルス幅変調部１０２から送られてきたＰＷＭパルスを共振器１０４の共振周波数ｆ０（数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ）と実質的に同一の周波数の高周波に変調した高周波ＰＷＭパルスをＥ級増幅器１０３に出力する。
【００７２】
Ｅ級増幅器１０３では、高周波ＰＷＭパルスによってトランジスタがスイッチングされ、これと外部から供給される直流電力（駆動電圧Ｖｄｄ）により、入力されたパルスが、電力伝送に必要な電力にまで増幅される。Ｅ級増幅器１０３は、増幅処理を行ったパルス列を共振器１０４に送る。
【００７３】
共振器１０４は、電力およびオーディオ信号によって変調され、増幅された高周波のパルス列を１次コイル１０５に送る。これにより、外部空間に共振磁場が形成される。
【００７４】
受電器２００は、２次コイル２０１を介して入力される共振磁場のエネルギを、上記共振器１０４と同一の共振周波数ｆ０を持つ共振器２０７で受け、受信信号を生成する。
【００７５】
整流器２０２は、正の値と負の値の振幅を取りうる高周波交流信号である受信ＰＷＭパルスを包絡線検波、整流し、正の値の振幅のみを取る受信信号に変換する。整流器２０２で整流された受信信号は、ＬＰＦ２０３に送られる。
【００７６】
ＬＰＦ２０３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により、オーディオ信号が生成される。ＬＰＦ２０３は、オーディオ信号をスピーカ２０４に送り、そこで音が再生される。
【００７７】
以上のように、本実施形態における無線電力データ伝送システム１は、パルス幅変調を行うことにより、オーディオ信号および電力を、無線で伝送する。このような構成により、ワイヤレススピーカを実現することができる。
【００７８】
＜１−２．本論（電力、オーディオ信号、および制御信号の伝送）＞
次に、これまでに説明した電力およびオーディオ信号の伝送に加えて、制御信号を伝送するためのワイヤレススピーカ装置の構成および動作を説明する。以下の説明では、送電器から受電器へのデータ伝送をフォワードリンク（ＦＬ）データ伝送、受電器から送電器へのデータ伝送をリターンリンク（ＲＬ）データ伝送と呼ぶ。
【００７９】
ＦＬデータ伝送で伝送するＦＬデータの例としては、送電器のＩＤ、受電器のＩＤや定格、受信電力、消費電力の問い合わせ信号、受電器のパラメータ設定信号などがあり得る。また、伝送する情報は制御情報に限るものではなく、テキストデータ、画像データ、オーディオデータ等の情報でも良い。例えば、受電器に液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のような表示デバイスが設けられている場合、表示デバイスに表示するための画像、テキストなどの情報が伝送され得る。
【００８０】
また、ＲＬデータの例としては、受電器のＩＤや定格、受信電力、消費電力の問い合わせに対する応答信号、送電器のパラメータ設定信号やエラーメッセージなどがあり得る。ＦＬデータと同様、伝送する情報は制御情報に限定されず、どのような情報であってもよい。
【００８１】
ＦＬデータ伝送は、送電器において、ＦＬデータの値に応じて高周波パルスの振幅を変動させることによって実現される。パルスの振幅の変動は、種々の方法が可能であるが、本実施形態では、Ｅ級増幅器に印加する直流電圧ＶｄｄをＦＬデータの値に応じて変化させることによって行われる。
【００８２】
一方、ＲＬデータ伝送は、受電器において、ＲＬデータの値に応じて負荷を変動させることによって実現される。負荷が変化すると、送電器側のインピーダンスが変化するため、送電器の回路上に流れる電流および電圧も変化する。そこで、本実施形態における送電器は、回路上の適当な点で電流または電圧の変化を検出することにより、ＲＬデータを検出する。このように、本実施形態では、受電器から送電器に直接ＲＬデータが送信されるわけではないが、受電器側の負荷の変動により、送電器側において間接的にＲＬデータを検出できる。このため、本明細書では、上記のような間接的な方法によってＲＬデータを受電器から送電器に伝えることも、「ＲＬデータ伝送」と呼ぶ。
【００８３】
ＦＬデータおよびＲＬデータの伝送中は、送電器５００から受電器６００に伝送されるパルスの振幅が変動するため、電力伝送およびオーディオ信号の再生が不安定になる。そこで、本実施形態では、ＦＬデータおよびＲＬデータの伝送中は、ＰＷＭパルスのパルス幅を調整することにより、一定の電力の伝送が維持されるように制御される。
【００８４】
図６Ａは、電力およびオーディオ信号に加えてＦＬデータおよびＲＬデータをさらに伝送することができるワイヤレススピーカシステム（無線電力データ伝送システム）に用いられる送電器５００の構成例を示すブロック図である。図６Ｂは、当該システムに用いられる受電器６００の構成例を示すブロック図である。
【００８５】
送電器５００は、オーディオ信号ソース１０１、共振器１０４、１次コイル１０５、高周波変調部１０６の他、図１Ｂに示すものとは機能が異なるパルス幅変調部５０１およびＥ級増幅器５０２を備えている。さらに、パルス幅の補正値を示す信号をパルス幅変調部５０１に送出する補正値算出部５０３と、駆動電圧Ｖｄｄを決定してＥ級増幅器５０２に入力する駆動電圧制御部５０４と、Ｅ級増幅器５０２内を流れる信号を検出する送電側信号検出部５０５と、各部を制御する送電側データ伝送制御部５０６とを備えている。
【００８６】
本実施形態では、パルス幅変調部５０１、高周波変調部１０６、Ｅ級増幅器５０２、共振器１０４、および１次コイル１０５は、協働して本発明における「送電部」の機能を実現する。また、送電側データ伝送制御部５０６、補正値算出部５０３、駆動電圧制御部５０４、送電側信号検出部５０５は、協働して本発明における「（送電側）制御部」の機能を実現する。
【００８７】
受電器６００は、２次コイル２０１、共振器２０７、整流器２０２、ＬＰＦ２０３、スピーカ２０４の他、整流器２０２によって整流された信号を検出する受電側信号検出部６０１と、負荷を変化させることができる負荷変調部６０２と、受電側信号検出部６０１から出力される信号に基づいて負荷変調部６０２を制御する受電側データ伝送制御部６０３とをさらに備えている。
【００８８】
本実施形態では、２次コイル２０１、共振器２０７、整流器２０２、受電側信号検出部６０１は、協働して本発明における「受電部」の機能を実現する。また、負荷変調部６０２は、本発明における「可変負荷」の機能を有する。受電側データ伝送制御部６０３は、本発明における「（受電側）制御部」の機能を有する。
【００８９】
以下、送電器５００および受電器６００の各要素を説明する。まず、送電器５００の構成要素を説明する。
【００９０】
オーディオ信号ソース１０１、共振器１０４、１次コイル１０５、および高周波変調部１０６は、すでに説明した図１Ｂに示すものと同一なので説明を省略する。
【００９１】
パルス幅変調部５０１は、図１Ｂにおけるパルス幅変調部１０２に、パルス幅補正の機能を追加したものである。パルス幅変調部５０１は、補正値算出部５０３から入力される補正値を示す信号に基づき、オーディオ信号に基づくＰＷＭパルスの幅を変化させることができる。例えば、入力されるオーディオ信号がアナログ信号の場合、図３に示す三角波４１の振幅Ａｔｒ１または周波数ｆ０を変化させることにより、パルス幅を変化させる。一方、オーディオ信号がディジタル信号の場合、図８を参照しながら後述する処理により、パルス幅を変化させる。
【００９２】
Ｅ級増幅器５０２は、図２に示すＥ級増幅器１０３と同様の構成を有するが、複数の駆動電圧Ｖｄｄに対応しており、駆動電圧Ｖｄｄに比例した振幅ＥＡの増幅された高周波ＰＷＭパルスを出力する。Ｅ級増幅器５０２の入力端子（ｂ）には、駆動電圧制御部５０４から駆動電圧Ｖｄｄが印加される。なお、Ｅ級増幅器５０２には、ＦＬデータ伝送を行っていないときには、Ｖｄｄ＝Ｖｄｄ０の駆動電圧が供給され、振幅ＥＡ０の増幅された高周波ＰＷＭパルスが出力される。一方、ＦＬデータ伝送を行っているときには、ＦＬデータの値に応じてＶｄｄ０とは異なる駆動電圧がＥ級増幅器５０２に供給される。その結果、Ｅ級増幅器５０２は、ＦＬデータに応じて振幅が変調された高周波ＰＷＭパルスを共振器１０４に送出する。
【００９３】
補正値算出部５０３は、ＦＬデータまたはＲＬデータに応じてパルスの振幅が変化しても、パルス面積が一定に保たれるように、パルス幅に加える補正値を計算してパルス幅変調部５０１に伝える。
【００９４】
駆動電圧制御部５０４は、送電側データ伝送制御部５０６から入力された制御信号に基づいて、駆動電圧Ｖｄｄを決定し、決定した駆動電圧をＥ級増幅器５０２に入力する。駆動電圧制御部５０４は、例えば出力電圧の異なる複数の直流電源（電圧源）を用いて、制御信号に応じて使用する電圧源を切り替えることにより、駆動電圧の可変制御を実現することができる。あるいは、単一の電圧源の出力を、可変抵抗器等を用いて変動させることによって同様の制御を行ってもよい。
【００９５】
駆動電圧制御部５０４は、ＦＬデータ伝送が行われていないときは、駆動電圧Ｖｄｄ０をＥ級増幅器５０２に出力する。一方、駆動電圧制御部５０４は、ＦＬデータ伝送期間中は、制御信号が示すＦＬデータの内容に応じて複数の駆動電圧から一つを選択し、Ｅ級増幅器５０２に出力する。例えば、ＦＬデータ伝送を２値の振幅変調で行う場合、駆動電圧としてＶｄｄ１とＶｄｄ２の２つの値を、ＦＬデータの内容によって切り替える。また、ＦＬデータ伝送をＮ値（Ｎは３以上の整数）の振幅変調で行う場合は、Ｎ個の駆動電圧（Ｖｄｄ１、Ｖｄｄ２、・・・、ＶｄｄＮ）を、ＦＬデータに応じて切り替える。
【００９６】
送電側信号検出部５０５は、受電器６００において負荷が変化した際に現れる、Ｅ級増幅器５０２内の電流・電圧の変化を観測するための検出器である。送電側信号検出部５０５は、Ｅ級増幅器５０２内の電流および電圧の少なくとも一方を観測することにより、受電器６００における負荷の変化を検出し、検出結果（負荷変化検出信号）を送電側データ伝送制御部５０６に伝える。
【００９７】
送電側データ伝送制御部５０６は、データ伝送の制御を行う回路である。送電側データ伝送制御部５０６は、ＣＰＵやマイコン、ＤＳＰ、ＦＰＧＡのようなプロセッサ５１０と接続されており、送信するデータの値を受け取る。なお、プロセッサ５１０は、送電器５００の外部に設けられていてもよい。送電側データ伝送制御部５０６は、受電器６００に伝送するＦＬデータに基づいて、制御信号を発生し、補正値算出部５０３および駆動電圧制御部５０４へ当該制御信号を送る。また、送電側データ伝送制御部５０６は、送電側信号検出部５０５から負荷変化検出信号を受け取り、当該検出信号に基づいて受電器６００から送られてきたＲＬデータを検出する。このＲＬデータに基づき、送電側データ伝送制御部５０６は、後述するように、ＦＬデータ伝送とＲＬデータ伝送との間の時分割の制御も行う。
【００９８】
続いて、図６Ｂに示す受電器６００の各要素の構成を説明する。
【００９９】
２次コイル２０１、整流器２０２、ＬＰＦ２０３、スピーカ２０４、および共振器２０７はすでに説明した図１Ｂに示すものと同一なので説明を省略する。
【０１００】
受電側信号検出部６０１は、整流器２０２からの出力信号（受信パルス）の振幅を観測し、振幅変調されているＦＬデータを検出する回路である。受電側信号検出部６０１は、検出したＦＬデータを示す信号（振幅検出信号）を、受電側データ伝送制御部６０３に送出する。一方、整流器２０２から送られてきた受信パルスを負荷変調部６０２に送出する。
【０１０１】
受電側データ伝送制御部６０３は、データ伝送の制御を行う回路である。受電側データ伝送制御部６０３は、ＣＰＵやマイコン、ＤＳＰ、ＦＰＧＡのようなプロセッサ６１０と接続されており、送電器５００に送信するＲＬデータの内容を受け取る。なお、プロセッサ６１０は、受電器６００の外部に設けられていてもよい。受電側データ伝送制御部６０３は、受け取ったＲＬデータに基づく制御信号を負荷変調部６０２に送る。また、受電側データ伝送制御部６０３は、受電側信号検出部６０１から振幅検出信号を受け取り、当該信号に基づいて送電器５００から送られてきたＦＬデータを検出する。このＦＬデータに基づき、受電側データ伝送制御部６０３は、後述するように、ＦＬデータ伝送とＲＬデータ伝送との間の時分割の制御も行う。
【０１０２】
負荷変調部６０２は、受電側データ伝送制御部６０３から送られた信号が示すＲＬデータの内容に応じて、負荷を変化させる。負荷の変化のための構成として、例えば特許文献４の図２に記載されている構成を適用できる。特許文献４の記載全体を本願明細書に援用する。なお、負荷の変調の方法は特に限定されず、負荷変調の結果、パルスの振幅が変化する限り、公知のどのような方法を適用してもよい。負荷変調部６０２は、受電側信号検出部６０１から送られてきたパルスをＬＰＦ２０３に送出する。負荷変調部６０２によって負荷が変化すると、送電器５００から受電器６００へ伝送されるパルスの振幅が変化する。
【０１０３】
次に、ＦＬデータ伝送時およびＲＬデータ伝送時の送電器５００および受電器６００の動作について説明する。
【０１０４】
本実施形態におけるワイヤレススピーカ装置２は、受電器６００のスピーカ２０４を駆動するための電力およびスピーカ２０４によって再生されるオーディオ信号を送電器５００から受電器６００に送ることに加えて、送電器５００と受電器６００との間で双方向のデータの伝送を行う。以下の説明では、送電器５００から、受電器６００のスピーカ２０４を駆動するための電力およびスピーカ２０４によって再生されるオーディオ信号が伝送されている状態、すなわち送電器５００からパルスが送信されている状態を想定する。さらに、この状態において、ＦＬデータ伝送およびＲＬデータ伝送は、時分割で行われる場合を想定する。
【０１０５】
図７は、ＦＬデータ伝送とＲＬデータ伝送とが時分割で行われる場合の例を示す図である。図７に示すように、ＦＬデータ伝送期間とＲＬデータ伝送期間とは交互に設定される。この例では、ＦＬデータ伝送期間およびＲＬデータ伝送期間は同じ長さであり、それぞれ３個のパルスが送られる。ＦＬデータ伝送期間では、通常の形状のパルスが送電器５００から受電器６００に伝送される。一方、ＲＬデータ伝送期間では、パルスの値が各パルスの持続時間の途中で変化したパルスが受電器６００から送電器５００に伝送される。このようなパルスの形状の変化により、ＲＬのデータが表現される。
【０１０６】
なお、図７ではＦＬデータ伝送期間とＲＬデータ伝送期間とで、それぞれ３個のパルスを送る図が描かれているが、この例に限るものではない。ＦＬデータの量および発生頻度とＲＬデータの量および発生頻度とに応じて、各期間が上記の例とは異なるように設定しても良い。また、ＦＬデータ伝送期間とＲＬデータ伝送期間との比は、機器設計時やオーディオ信号伝送開始時、データ伝送開始時に決定する構成にしても良いし、データ伝送中に適応的に決定する構成にしても良い。また、必ずしもＦＬデータ伝送期間とＲＬデータ伝送期間とが交互に現れる必要はなく、途中にＦＬデータとＲＬデータとがいずれも伝送されていない期間（非データ伝送期間）を設けても良い。
【０１０７】
ＦＬデータ伝送とＲＬデータ伝送との間の時分割の制御は、送電器５００における送電側データ伝送制御部５０６および受電器６００における受電側データ伝送制御部６０３が行う。
【０１０８】
まず、ＦＬデータ伝送期間における送電器５００および受電器６００の動作について説明する。なお、以下では、ＦＬデータを２値（０／１）の振幅変調によって伝送する場合について説明する。ＦＬデータをＮ値（Ｎは３以上の整数）の振幅変調によって伝送する場合についても容易に拡張可能であるため、そのような場合の説明は省略する。
【０１０９】
まず、オーディオ信号ソース１０１は、受電器６００のスピーカ２０４で再生するオーディオ信号をパルス幅変調部５０１に送る。
【０１１０】
送電側データ伝送制御部５０６は、プロセッサ５１０から送信すべきデータの内容を受け取る。送電側データ伝送制御部５０６は、ＦＬデータ伝送期間中に、プロセッサから受け取ったデータを、無線電力データ伝送で伝送可能な形に変換することにより、ＦＬデータを生成する。ＦＬデータは、複数の０または１のビットからなるバイナリのデータ系列である。
【０１１１】
送電側データ伝送制御部５０６は、ＦＬデータの値（０／１）に応じて、補正値算出部５０３および駆動電圧制御部５０４に送る信号を変化させる。具体的には、送電側データ伝送制御部５０６は、ＦＬデータが０のとき、補正値算出部５０３に「補正値Ｐ１」を指示する信号を送信し、駆動電圧制御部５０４に「駆動電圧Ｖｄｄ１」を指示する信号を送信する。一方、送電側データ伝送制御部５０６は、ＦＬデータが１のとき、補正値算出部５０３に「補正値Ｐ２」を指示する信号を送信し、駆動電圧制御部５０４に「駆動電圧Ｖｄｄ２」を指示する信号を送信する。
【０１１２】
以下、ＦＬデータが０のとき、およびＦＬデータが１のときの各場合について、パルス列の変調動作をより具体的に説明する。
【０１１３】
（１）ＦＬデータが０のとき
送電側データ伝送制御部５０６は、補正値算出部５０３に「補正値Ｐ１」を示す制御信号を送り、駆動電圧制御部５０４に「駆動電圧Ｖｄｄ１」を示す制御信号を送る。
【０１１４】
補正値算出部５０３は、送電側データ伝送制御部５０６から送られてきた制御信号に基づき、パルス幅変調部５０１に、補正値Ｐ１を示す信号を送る。
【０１１５】
パルス幅変調部５０１は、オーディオ信号ソース１０１から送られてきたオーディオ信号と、補正値算出部５０３から送られてきた補正値Ｐ１を示す信号とを用いてＰＷＭパルスを生成する。以下、オーディオ信号がディジタルオーディオ信号（ＰＣＭ信号）である場合における処理の例を説明する。
【０１１６】
図８は、この場合におけるパルス幅変調部５０１の構成例を示すブロック図である。パルス幅変調部５０１は、図４に示したパルス幅変調部１０２のパルス幅計算部１０２６を、パルス幅計算部８０１に置き換えたものである。パルス幅計算部８０１は、再量子化部１０２５から送られてくるＰＣＭ値と、乗算部１０２８から送られてくるフィードバック値と、補正値算出部５０３から送られてくる補正値Ｐ１とを加算または減算してパルス幅を計算し、パルス出力部１０２９および遅延部１０２７に送る。パルス幅変調部５０１は、ＰＷＭパルスを高周波変調部１０６に送る。
【０１１７】
一方、オーディオ信号がアナログオーディオ信号の場合、パルス幅変調部５０１は、補正値算出部５０３から送られてきた補正値Ｐ１を示す信号に基づいて、図３に示す三角波４１の振幅または周波数を変化させることにより、ＰＷＭパルスの幅を変化させる。なお、三角波４１の代わりにノコギリ波のような参照波を用いる場合も、振幅または周波数を変化させることにより、同様の結果が得られる。パルス幅変調部５０１は、例えば不図示のメモリに、補正値と参照波の振幅または周波数との対応関係を規定した情報を予め記録しておき、その情報を参照することにより、上記の処理を実行する。
【０１１８】
高周波変調部１０６は、パルス幅変調部５０１から送られてきたＰＷＭパルスを共振器１０４の共振周波数ｆ０（数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ）と実質的に同一の周波数の高周波に変調した高周波ＰＷＭパルスをＥ級増幅器５０２に出力する。
【０１１９】
駆動電圧制御部５０４は、送電側データ伝送制御部５０６より、「駆動電圧Ｖｄｄ１」を示す制御信号を受けているので、Ｅ級増幅器５０２にＶｄｄ１の駆動電圧を供給する。
【０１２０】
次に、Ｅ級増幅器５０２は、高周波変調部１０６から送られてきた高周波ＰＷＭパルスを用いてトランジスタのスイッチングを行い、増幅された高周波ＰＷＭパルスを出力する。ここで、増幅後高周波ＰＷＭパルスの振幅は、Ｖｄｄ１に比例した値ＥＡ１となる。
【０１２１】
Ｅ級増幅器５０２は、増幅後高周波ＰＷＭパルスを共振器１０４に送る。増幅後高周波ＰＷＭパルスは、１次コイル１０５から、共振磁場として受電器６００に伝送される。
【０１２２】
（２）ＦＬデータが１のとき
送電側データ伝送制御部５０６は、補正値算出部５０３に「補正値Ｐ２」を示す制御信号を送り、駆動電圧制御部５０４に「駆動電圧Ｖｄｄ２」を示す制御信号を送る。
【０１２３】
補正値算出部５０３は、送電側データ伝送制御部５０６から送られてきた制御信号に基づき、パルス幅変調部５０１に、補正値Ｐ２を示す信号を送る。
【０１２４】
パルス幅変調部５０１は、オーディオ信号ソース１０１から送られてきたオーディオ信号と、補正値算出部５０３から送られてきた補正値Ｐ２を示す信号とを用いてＰＷＭパルスをし、高周波変調部１０６に送る。
【０１２５】
パルス幅変調部５０１の処理は、補正値がＰ１からＰ２に変わるだけで、それ以外についてはＦＬデータが０のときと同じなので、説明を省略する。
【０１２６】
高周波変調部１０６は、パルス幅変調部５０１から送られてきたＰＷＭパルスを共振器１０４の共振周波数ｆ０（数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ）と実質的に同一の周波数の高周波に変調した高周波ＰＷＭパルスをＥ級増幅器１０３に出力する。
【０１２７】
駆動電圧制御部５０４は、送電側データ伝送制御部５０６より、「駆動電圧Ｖｄｄ２」を示す制御信号を受けているので、Ｅ級増幅器５０２にＶｄｄ２の駆動電圧を供給する。
【０１２８】
次に、Ｅ級増幅器５０２は、高周波変調部１０６から送られてきた高周波ＰＷＭパルスを用いてトランジスタのスイッチングを行い、増幅された高周波ＰＷＭパルスを出力する。ここで、増幅後高周波ＰＷＭパルスの振幅は、Ｖｄｄ２に比例した値ＥＡ２となる。
【０１２９】
Ｅ級増幅器５０２は、増幅後高周波ＰＷＭパルスを共振器１０４に送る。増幅後高周波ＰＷＭパルスは、１次コイル１０５から、共振磁場として受電器６００に伝送される。
【０１３０】
なお、上記説明では、Ｖｄｄ０とＶｄｄ１とＶｄｄ２とはそれぞれ異なる値として記述をしたが、Ｖｄｄ０＝Ｖｄｄ１、またはＶｄｄ０＝Ｖｄｄ２と設定することにより、０または１の値を伝送するときの駆動電圧を、非データ伝送期間の駆動電圧Ｖｄｄ０と等しくしても良い。このようにすることで、補正値Ｐ１またはＰ２を０にすることができる。その結果、ＦＬデータが０または１の一方の期間において、パルス幅変調部５０１、Ｅ級増幅器５０２の動作を、ＦＬデータを伝送していない場合と同一にすることができ、構成を簡易化することができるので、望ましい実施の形態となる。そこで、以下では、Ｖｄｄ０＝Ｖｄｄ１＞Ｖｄｄ２として説明を行う。このとき、０＝Ｐ０＝Ｐ１＜Ｐ２、ＥＡ０＝ＥＡ１＞ＥＡ２という関係となる。
【０１３１】
本実施形態では、ＦＬデータ伝送期間中、受電器６００における受電側データ伝送制御部６０３は、負荷変調部６０２の負荷の制御を行わない。また、受電側データ伝送制御部６０３は、受電側信号検出部６０１に受信ＰＷＭパルスの振幅から受信ＦＬデータ検出を指示する信号を送る。
【０１３２】
ＦＬ伝送期間中、受電器６００は、共振磁場を受け、受けた共振磁場を２次コイル２０１、共振器２０７、整流器２０２を通して、受信ＰＷＭパルスに変換する。
【０１３３】
受電側信号検出部６０１は、受信ＰＷＭパルスの振幅を検出する。受電側信号検出部６０１は、受信ＰＷＭパルスの振幅ＤＡを予め設定されたしきい値ＴＡと比較する。ＰＷＭパルスの振幅ＤＡがＴＡより大きいと判定した場合、ＦＬデータ０が伝送されたという情報を、ＴＡより小さかいと判定した場合、ＦＬデータ１が伝送されたという情報を受電側データ伝送制御部６０３に送る。なお、上記の信号検出方法は一例であり、他のパルス振幅変調の信号検出方法を用いても良い。
【０１３４】
受電側データ伝送制御部６０３は、受電側信号検出部６０１から送られてきたＦＬデータをデコードし、プロセッサ６１０に送る。また、受電側信号検出部６０１は、振幅検出後の受信ＰＷＭパルスを負荷変調部６０２に送る。ＦＬデータ伝送中は、負荷変調部６０２は動作せず、固定負荷として機能する。その後、ＰＷＭ信号はＬＰＦ２０３によりオーディオ信号に変換されスピーカ２０４から再生される。
【０１３５】
図９は、ＦＬデータの値が０の場合とＦＬデータの値が１の場合とで、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９（ａ）、（ｂ）に示すように、入力されるパルスの振幅が変化しても、その分パルス幅を大きくすることによって個々のパルスの面積（持続時間×値）が一定に維持されるため、積分器の出力は同一になる。
【０１３６】
以上が、ＦＬデータ伝送時の送電器５００および受電器６００の動作の説明である。以上のように、本実施形態では、ＦＬデータ伝送期間とＲＬデータ伝送期間とが時分割で交互に設定される。伝送するＦＬデータの値に応じてパルス振幅を変調させるとともに、各パルスの面積が一定に維持されるように、パルス幅を変化させることにより、電力およびオーディオ信号の安定的な伝送が可能となる。
【０１３７】
なお、上記の例では、各パルスの面積が一定になるようにパルス幅が変調されるが、厳密にパルス面積を一定にする必要はない。電力レベルの変化が小さくなるようにパルス幅を変化させるように制御されていれば、ある程度の効果を得ることができる。
【０１３８】
次に、ＲＬデータ伝送時における送電器５００および受電器６００の動作を説明する。
【０１３９】
ＲＬデータ伝送が行われている間も、送電器５００から受電器６００へは、スピーカ２０４を駆動するのに十分な電力を持ったオーディオ信号が伝送されている。以下では、オーディオ信号伝送についての処理はすでに説明した通りなので、ＲＬデータ伝送に関係する部分についてのみ説明する。
【０１４０】
まず、受電器６００の受電側データ伝送制御部６０３は、ＲＬデータ伝送期間中、プロセッサ６１０から、送電器５００に送信するデータの内容を受け取る。受電側データ伝送制御部６０３は、ＲＬデータ伝送期間中、プロセッサ６１０から受け取ったデータを、無線電力データ伝送で伝送可能な形に変換することにより、ＲＬデータを生成する。本実施形態におけるＲＬデータは、複数の０または１のビットからなるバイナリのデータ系列である。受電側データ伝送制御部６０３は、負荷変調部６０２にＲＬデータを伝送する。なお、ＲＬデータは、２値のデータ系列である必要はなく、Ｎ値（Ｎは３以上の整数）のデータ系列であってもよい。Ｎ値のデータ系列を送信する場合、負荷値をＮ段階に変化させればよい。
【０１４１】
負荷変調部６０２は、ＲＬデータの内容に応じて、負荷の切り替えを行う。受電器６００は、負荷切り替えの結果として生じるＰＷＭパルス振幅の変化をもってＲＬデータの伝送を行う。
【０１４２】
図１０は、負荷変調によってパルス振幅が変化した様子を示す図である。図１０に示すように、負荷変調部６０２は、ＰＷＭパルスの各々の持続時間（パルス幅で規定される時間）の中心時刻において、負荷を変化させる。また、負荷変調部６０２は、ＲＬデータが０のときは、ＰＷＭパルス振幅が高い状態から、ＰＷＭパルスの中心時刻を境に低い状態に移るように、負荷を変化させる。一方、ＲＬデータが１のときは、負荷変調部６０２は、ＰＷＭパルス振幅が低い状態から、ＰＷＭパルスの中心時刻を境に高い状態に移るように、負荷を変化させる。ここで、図１０において、点線で示している振幅レベルは、負荷変調を行ったＰＷＭパルスの平均振幅レベルを表す。平均振幅レベルは、ＦＬデータ伝送およびＲＬデータ伝送共に行われていない場合の振幅レベルＥＡ０よりも低くなる。
【０１４３】
なお、図１０に示すパルス波形は、送電側信号検出部５０５の観測地点におけるパルス波形を表している。負荷変化の影響が送電側信号検出部５０５に伝わるまでには若干の時間を要するため、負荷変調部６０２は、受電側信号検出部６０１が検出したパルスの中心時刻からその時間の分だけ早いタイミングで負荷を変化させる必要がある。この時間のずれは、システム設計時に予め測定され、補正される。
【０１４４】
なお、本実施の形態では、負荷変調部６０２は一つのＰＷＭパルス内で１回の振幅変化を行う構成としたが、振幅変化は１回に限るものではなく、２回以上の振幅変化があっても、ＲＬデータが０のときと１のときとで振幅変化後のパルスの形状が異なっていればよい。また、本実施形態では、各パルスの持続時間の中心時刻で振幅が変化するように負荷が制御されるが、必ずしも中心時刻で振幅が変化するように制御する必要はない。
【０１４５】
さらに、負荷変調部６０２は、一つのＰＷＭパルスを一つのＲＬデータで変調する構成としたが、これに限るものではなく、複数のＰＷＭパルスを一つのＲＬデータで変調する構成としても良い。このようにすることで、ＲＬデータの伝送速度は低下するが、雑音、歪、同期ずれなどへの耐性を向上できる。
【０１４６】
次に、ＲＬデータ伝送時の送電器５００の動作について説明する。
【０１４７】
送電側データ伝送制御部５０６は、ＲＬデータ伝送期間中、補正値算出部５０３に補正値ＰＲを送る。これは、前述の通り、受電器６００の負荷変調部６０２での負荷変調により、ＰＷＭパルス振幅の平均値が、非データ伝送時のＰＷＭパルス振幅より小さくなってしまうため、これをパルス幅で補正するために行う。補正値ＰＲが入力されたパルス幅変調部５０１の動作は、ＦＬデータ伝送時と補正値が異なるだけなので、説明を省略する。また、送電側データ伝送制御部５０６は、ＲＬデータ伝送時、駆動電圧制御部５０４に駆動電圧を指定する信号は送信しないか、または、「駆動電圧Ｖｄｄ０」を指示する信号を送信する。なお、本実施形態では、送電側データ伝送制御部５０６および補正値算出部５０３は、協働して「パルス幅補正部」の機能を実現する。
【０１４８】
送電側データ伝送制御部５０６は、送電側信号検出部５０５が受電器６００からのデータを検出したとき、送電側信号検出部５０５が受電側からのデータを検出したときのパルス列のパルス振幅と、当該データを検出していないときのパルス振幅とから求められる値に基づいて、パルス面積が一定に維持されるようにパルス幅を補正する。なお、パルス面積を一定に維持することが好ましいが、一定に維持されない場合であっても、パルス面積の変化を低減させるようにパルス幅が調整されれば、ある程度の効果を得ることができる。
【０１４９】
以下、送電器５００において、ＲＬデータを検出する方法について説明する。
【０１５０】
Ｅ級増幅器５０２は、図２に示すＥ級増幅器１０３と同様、（ａ），（ｂ），（ｃ）の３つの入出力端子をもつ。端子（ａ）は、高周波ＰＷＭ信号を入力する端子で、トランジスタＴｒに接続されている。端子（ｂ）は、駆動電圧Ｖｄｄを入力する端子で、送電側データ伝送制御部５０６からの指示によって、電圧Ｖｄｄ０、Ｖｄｄ１、Ｖｄｄ２を切り替えて入力する。端子（ｃ）は、増幅後高周波ＰＷＭパルスを出力する端子である。前述のように、受電器６００の負荷が変化したとき、負荷変化の影響はＥ級増幅器５０２内で検出できる。具体的には、受電器６００の負荷が変化すると、図２に示す電流Ｉｏ、ｉｓ、ｉｇ、ｉＲ、ｉｃ、および電圧ｖｓが変化するので、これらのいずれかを観測することにより、受電器６００における負荷変化によって表されるＲＬデータを検出することができる。送電側信号検出部５０５は、Ｅ級増幅器５０２内の電流または電圧の変化に基づいて、伝送されたＲＬデータが０であるか、１であるかを検出し、検出結果を送電側データ伝送制御部５０６に送る。
【０１５１】
送電側データ伝送制御部５０６は、送電側信号検出部５０５から送られてきたＲＬデータをデコードし、プロセッサ５１０に送る。
【０１５２】
図１１は、本実施形態において、ＦＬデータおよびＲＬデータの有無および値に応じて、送電器５００によって設定されるパルス幅補正値、駆動電圧、増幅後ＰＷＭパルスの振幅がどのように設定されるかをまとめた表である。図１１に示すように、ＦＬデータおよびＲＬデータのいずれも伝送されていない期間は、パルス幅および駆動電圧はデフォルト値に設定される。ＦＬデータ伝送時は、ＦＬデータの値に応じて、駆動電圧およびパルス幅補正値が設定され、結果として増幅後ＰＷＭパルス振幅が変化する。一方、ＲＬデータ伝送時は、ＲＬデータの値によらず、パルス幅補正値が一定の値ＰＲに設定される。
【０１５３】
なお、ＲＬデータの値によらずにパルス幅補正値を一定値に設定するのは、個々のパルス面積が一定になるように受電器６００内の負荷が制御されるためである。仮にＲＬデータの値に応じて、各パルスのパルス面積が変化するように構成されている場合、送電器５００はパルス幅補正値をＲＬデータの値に応じて変えることが好ましい。また、各パルスのパルス面積が、仮にＲＬデータを伝送していないと仮定した場合のパルス面積と同一になるように負荷を変調させる構成も可能である。そのような構成は、若干の伝送ロスを伴うため、非効率であるが、送電器５００によるパルス幅の調整が不要になるという利点がある。
【０１５４】
なお、受電器における負荷の変化は、上記のようなマンチェスタ符号に限らず、正弦波状または三角波状の変化であってもよい。例えば正弦波にすれば、負荷の制御が若干困難になるが、ノイズが減少するという利点がある。また、上記の説明では、オーディオ信号の伝送中にＲＬデータ伝送を行うこととしたが、ＲＬデータ伝送は、オーディオ信号の停止時や再生時など、音量が０の期間のみに行うようにしてもよい。
【０１５５】
以上説明したように、本実施形態における送電器５００および受電器６００は、スピーカ２０４を駆動するために十分な電力を、オーディオ信号および双方向データ（ＲＬデータおよびＲＬデータ）とともに単一の磁場搬送波で伝送することができる。本実施形態では、前述のとおり、双方向データであるＦＬデータおよびＲＬデータは、時分割で伝送される。
【０１５６】
＜１−３．ＴＤＤタイミング同期方法＞
続いて、送電器５００と受電器６００との間でＦＬデータ伝送期間とＲＬデータ伝送期間（非データ伝送期間）との同期（以下ＴＤＤ同期）を取るための方法の一例について説明する。
【０１５７】
図１２は、ＴＤＤ同期を取る際に、送電器５００が送信するパルスの様子を示す図である。送電器５００は、オーディオ信号を送っていない場合、図１２に示すようなＴＤＤ同期を取るためのパルスを送信する。ここで、オーディオ信号を送信していない場合とは、例えば、オーディオ再生前後や、曲間、送電器５００の電源投入時である。オーディオ信号を送信していない場合は、オーディオ信号ソース１０１がＰＣＭ値０の信号を出力している場合に相当する。ＰＣＭ値０に相当するＰＷＭパルスは、デューティ比５０％のパルスであり、デューティ比５０％のパルスは、受電器６００のスピーカ２０４からは無音として出力される。
【０１５８】
図１２に示すように、ＴＤＤ同期時、送電器５００は、Ｄｕｔｙ５０％のパルスを送信している期間とパルスを送信していない期間とを交互に繰り返す。以下の説明では、Ｄｕｔｙ５０％のパルスを送信している時間を「Ｄｕｔｙ５０％パルス送信期間」、パルスを送信していない期間を「パルス非送信期間」と呼ぶ。送電器５００は、ＦＬデータ伝送期間と同じ時間だけ、Ｄｕｔｙ５０％パルス送信期間を設け、ＲＬデータ伝送期間と同じ時間だけパルス非送信期間を設けてパルスを送信する。このようにすることで、図１２に示されるようなパルスを受信した受電器６００は、パルスが送信されている期間と非送信の期間とを検出することができる。このため、ＦＬデータ伝送期間とＲＬデータ伝送期間とを知ることができ、結果的にＴＤＤ同期を取ることができる。
【０１５９】
また、上述のように、Ｄｕｔｙ５０％パルス送信期間は、ＰＣＭ値０のオーディオ信号を表しているので、受電器６００のスピーカ２０４からは、音声は出力されない。また、パルス非送信期間においては、Ｄｕｔｙ０％のパルスは、負の方向に最大振幅のＰＣＭ値を現すが、連続して送ると受電器６００における図示しない直流成分カットフィルタによりカットされ、スピーカ２０４へは入力されないため、音声は出力されない。ここで、パルスを送信しないことと、Ｄｕｔｙ０％のパルスを送信することとは同義である。このため、パルス非送信期間を、「Ｄｕｔｙ０％パルス送信期間」と考えることもできる。
【０１６０】
なお、上記説明ではＤｕｔｙ５０％パルス送信期間をＦＬデータ伝送期間に、パルス非送信期間をＲＬデータ伝送期間に対応付けたが、この例に限るものではなく、対応付けを逆にしても同等の効果が得られる。
【０１６１】
また、受電器６００は、図１２に示すようなパルスを受信することにより、負荷変調の際に必要となるパルスの中心時刻を算定することができる。具体的には、Ｄｕｔｙ５０％パルス送信期間においては、送信されるパルスはすべて同じパルス幅を持つので、各パルスの立上り時刻、立下がり時刻を検出し、そこから中心時刻を求めることができる。前後のパルスについても同様に中心時刻を求めることにより、中心時刻タイミングに同期したクロック信号が得られる。
【０１６２】
なお、パルスの中心時刻を算定する場合は、必ずしも図１２に示したようにＤｕｔｙ５０％パルス送信期間と、パルス非送信期間を設ける必要はない。例えば、等しいＤｕｔｙのパルスを一定期間連続して送るようにしても良い。このようにすることによっても、パルスの中心時刻に同期したクロック信号を抽出することができる。
【０１６３】
（実施の形態２）
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。実施の形態１では、Ｅ級アンプの駆動電圧を変化させることにより、ＰＷＭパルスの振幅を変化させるＦＬデータ伝送方法について説明した。本実施の形態では、ＦＬデータ伝送方法の別の例として、Ｅ級アンプのスイッチング周波数を変化させることにより、ＰＷＭパルスの振幅を変化させるＦＬデータ伝送方法について説明する。以下の説明では、実施の形態１と同様の点については説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
【０１６４】
図１３は、本実施の形態における送電器１２００の構成を示すブロック図である。本実施形態における送電器１２００は、オーディオ信号ソース１０１、パルス幅変調部５０１、高周波変調部１２０１、Ｅ級増幅器１０３、共振器１０４、１次コイル１０５、送電側データ伝送制御部５０６、補正値算出部５０３、送電側信号検出部５０５を備えている。高周波変調部１２０１以外は、すでに説明した構成と同一なので、以下では高周波変調部１２０１の動作に関係する部分のみ説明する。
【０１６５】
実施の形態１における送電器５００と同様、パルス幅変調部５０１は、ＰＷＭパルスを高周波変調部１２０１に送る。また、送電側データ伝送制御部５０６は、ＦＬデータを高周波変調部１２０１に送る。
【０１６６】
高周波変調部１２０１は、２つの周波数を出力する発振器を備える。なお、これはＦＬデータ伝送を２値で行う場合の構成であり、３値以上で行う場合は、３つ以上の周波数を出力する発振器を用いればよい。また、発振器は、複数の周波数を出力可能な一つの発振器であっても良いし、発振周波数の異なる複数の発振器を有していてもよい。
【０１６７】
ＦＬデータを伝送していない場合、およびＦＬデータ「０」を送信する場合の発振器の出力周波数をｆ０、ＦＬデータ「１」を送信する場合の発振器の出力周波数をｆ１とする。高周波変調部１２０１は、送電側データ伝送制御部５０６から送られてくるＦＬデータの値に応じて、発振器の出力周波数をｆ０とｆ１との間で切り替える。その結果、ＦＬデータの値に応じて周波数が変調された高周波変調ＰＷＭパルスが出力される。
【０１６８】
ここで、発振器の出力周波数ｆ０、ｆ１と共振器１０４の周波数特性（ゲイン）との関係を図１４に示す。図１４に示すように、出力周波数ｆ０は、共振器１０４の周波数特性のピークに近い部分、すなわち共振周波数付近の周波数であり、出力周波数ｆ１は、共振器１０４の周波数特性のピークから少しずれた周波数である。このようにｆ０およびｆ１を設定することにより、高周波変調部１２０１およびＥ級増幅器１０３から出力されるパルスの振幅は一定であるが、ＦＬデータの値に応じて、増幅後の高周波ＰＷＭパルスの周波数が変化するため、共振器１０４を通過後のパルスの振幅は、図１４に示す周波数特性に応じて変化する。
【０１６９】
以上の構成により、送電器１２００は、パルスの振幅の変化によってＦＬデータが「０」であるか「１」であるかを受電器６００に伝送することができる。なお、この際、送電器１２００の補正値算出部５０３は、実施の形態１の場合と同様、振幅変化によるオーディオ信号レベルの変化を打ち消すように補正値を算出し、パルス幅変調部５０１に送る。また、本実施形態における受電器は、実施の形態１で説明した受電器６００と同一のものを用いることができる。
【０１７０】
以上のように、本実施の形態における送電器１２００は、高周波変調部１２０１を備え、高周波ＰＷＭパルスを作成する際の発振周波数を、ＦＬデータの値に応じて変化させる。このように構成することにより、Ｅ級増幅器１０３の駆動電圧Ｖｄｄを変えることなく、増幅後の高周波ＰＷＭパルスの振幅を変えることができる。本実施形態では、単一の駆動電圧Ｖｄｄに対応する増幅器でよいので、従来のＥ級増幅器を用いることができる。
【０１７１】
なお、本実施形態における送電装置１２００は、パルス幅変調部５０１から出力されるＰＷＭパルスを高周波変調部１２０１によって高周波変調した後、Ｅ級増幅器１０３に入力するが、このような形態に限定されるものではない。例えば、パルス幅変調部５０１が、パルス幅変調および高周波変調の両方の処理を、同時、または後者を先に行ってもよい。その場合、送電側データ伝送制御部５０６は、周波数を変化させるための指示を、パルス幅変調部５０１に行うようにすればよい。
【０１７２】
上記の送電器１２００は、高周波変調部１２０１の発振周波数と共振器１０４の周波数特性との関係を利用することにより、振幅変調を行う。上記の構成のほか、図１５に示すように、高周波変調部の発振周波数は変えずに、周波数特性の異なる複数の共振回路を含む共振器１５０１を備え、ＦＬデータの値に応じて使用する共振回路を切り替えるという構成をとっても、同等の効果を得ることができる。また、共振器１５０１の内部構成（コンデンサ、インダクタの値や数、接続形態）をＦＬデータの値に応じて変更することによって周波数特性（共振周波数）を変えるようにしてもよい。このように、共振器１５０１および一次コイル１０５を含むアンテナの共振周波数を制御することによって上記と同様の効果を実現できる。
【０１７３】
なお、上記の実施の形態１、２では、送電器は、オーディオデータを伝送することを前提としたが、伝送されるデータはオーディオデータである必要はない。また、上記のオーディオデータのように、パルス幅変調されるデータを伝送することも必須ではない。送電器がパルス幅変調されるデータを伝送せず、電力およびＦＬデータだけを伝送する場合であっても上記と同様の制御を適用することが可能である。また、上記の説明では、ＦＬデータ伝送およびＲＬデータ伝送の両方が行われるが、これらの両方が行われる必要は必ずしもない。送電器から受電器へのデータ伝送のみ、または受電器から送電器へのデータ伝送のみを行うように送電器および受電器が構成されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１７４】
本発明は、無線で電力を伝送して利用されるどのような電子機器にも適用することができる。例えば、ワイヤレススピーカ、ワイヤレステレビのような機器に有用である。
【符号の説明】
【０１７５】
１００ 送電器
１０１ オーディオ信号ソース
１０２ パルス幅変調部
１０３ Ｅ級増幅器
１０４ 共振器
１０５ １次コイル
１０６ 高周波変調部
２００ 受電器
２０１ ２次コイル
２０２ 整流器
２０３ ＬＰＦ
２０４ スピーカ
２０７ 共振器
５０１ パルス幅変調部
５０２ Ｅ級増幅器
５０３ 補正値算出部
５０４ 駆動電圧制御部
５０５ 送電側信号検出部
５０６ 送電側データ伝送制御部
６０１ 受電側信号検出部
６０２ 負荷変調部
６０３ 受電側データ伝送制御部
８０１ パルス幅計算部
１０２０ オーバーサンプリング部
１０２１ ゼロ挿入部
１０２２ 補間フィルタ部
１０２３ 前置ホールド部
１０２４ ΔΣ変調部
１０２５ 再量子化部
１０２６ パルス幅計算部
１０２７ 遅延部
１０２８ 乗算部
１０２９ パルス出力部
１２００ 送電器
１２０１ 高周波変調部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を無線で伝送するシステムにおいて用いられ、送電装置にデータを伝達する受電装置であって、
前記送電装置によってパルス列に変換されて送出された電力を受け取るように構成された受電部と、
前記受電部に接続された可変負荷と、
前記送電装置から前記電力が伝送されている状態において、前記送電装置内を流れる前記パルス列に含まれる各パルスの値が、前記パルスの持続時間の途中で変化するように、前記データの値に応じて前記可変負荷の負荷値を変化させる制御部と、
を備える受電装置。
【請求項２】
前記制御部は、各パルスの持続時間の中心時刻において、前記可変負荷の負荷値を変化させる、請求項１に記載の受電装置。
【請求項３】
前記可変負荷は、第１の負荷値および第２の負荷値の２種類の負荷値を切り替えることができ、
前記制御部は、
前記データが第１の値である場合、各パルスの中心時刻よりも前の時間においては前記可変負荷の負荷値を前記第１の負荷値に切り替え、前記中心時刻よりも後の時間においては前記可変負荷の負荷値を前記第２の負荷値に切り替え、
前記データが第２の値である場合、各パルスの中心時刻よりも前の時間においては前記可変負荷の負荷値を前記第２の負荷値に切り替え、前記中心時刻よりも後の時間においては前記可変負荷の負荷値を前記第１の負荷値に切り替える、請求項２に記載の受電装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記データが第１の値である場合における各パルスの持続時間中の平均振幅と、前記データが第２の値である場合における各パルスの持続時間中の平均振幅とが等しくなるように前記可変負荷を制御する、請求項１から３のいずれかに記載の受電装置。
【請求項５】
前記データを受電側データと呼ぶとき、
前記送電装置から伝送される前記パルス列は、第１の送電側データおよび第２の送電側データの少なくとも一方によって変調された信号である、請求項１から４のいずれかに記載の受電装置。
【請求項６】
前記送電装置から伝送される前記パルス列の伝送期間には、前記第１の送電側データのみによって変調された第１の期間と、前記第１の送電側データおよび第２の送電側データによって変調された第２の期間とが含まれ、
前記制御部は、前記第１の期間において、前記受電側データの値に応じて前記可変負荷の負荷値を変化させる、請求項５に記載の受電装置。
【請求項７】
前記パルス列は、前記第１の送電側データによってパルス幅変調され、前記第２の送電側データによって振幅変調された信号である、請求項５または６に記載の受電装置。
【請求項８】
前記受電側データは、前記第１の送電側データに対する応答のためのデータである、請求項５から７のいずれかに記載の受電装置。
【請求項９】
第１の送電側データをパルス幅変調することによってパルス列を生成して出力するパルス幅変調部と、
前記パルス列のパルス幅を補正するパルス幅補正部と、
パルス幅が補正された前記パルス列を送出する共振器と、
請求項１から８のいずれかに記載の受電装置から送信される受電側データを検出する検出器と、
を備え、
前記パルス幅補正部は、前記検出器が前記受電側データを検出したとき、前記パルス列のパルス幅を補正する、
送電装置。
【請求項１０】
前記パルス幅補正部は、前記検出器が前記受電側データを検出したときの前記パルス列に含まれる各パルスのパルス面積と、仮に前記検出器が前記受電側データを検出していないとした場合の前記パルスのパルス面積とが等しくなるように、前記パルス列のパルス幅を補正する、請求項９に記載の送電装置。
【請求項１１】
前記パルス幅補正部は、前記検出器が前記受電側データを検出したとき、前記検出器が前記受電側データを検出したときの前記パルス列のパルス振幅と、前記検出器が前記受電側データを検出していないときの前記パルス振幅とから求められる値を用いて、前記パルス幅を補正する、請求項９または１０に記載の送電装置。
【請求項１２】
電力を無線で伝送する送電装置と、
前記電力を受け取るとともに、受電側データを前記送電装置に送信する受電装置と、
を備える無線電力データ伝送システムであって、
前記受電装置は、
前記送電装置によって送出された電力を受け取るように構成された受電部と、
前記受電部に接続された可変負荷と、
前記受電部が前記送電装置からパルス列に変換された前記電力を受け取ったとき、前記送電装置に送信すべきデータの値に応じて、前記パルス列に含まれる各パルスの値が、前記パルスの持続時間の途中で変化するように、前記可変負荷の負荷値を変化させる制御部と、
を有している、
無線電力データ伝送システム。
【請求項１３】
前記送電装置は、
第１の送電側データをパルス幅変調することによってパルス列を生成して出力するパルス幅変調部と、
前記パルス列のパルス幅を補正するパルス幅補正部と、
パルス幅が補正された前記パルス列を送出する共振器と、
前記受電装置から送信された前記受電側データを検出する検出器と、
を備え、
前記パルス幅補正部は、前記検出器が前記受電側データを検出したとき、前記パルス列のパルス幅を補正する、
請求項１２に記載の無線電力データ伝送システム。
【請求項１】
電力を無線で伝送するシステムにおいて用いられ、送電装置にデータを伝達する受電装置であって、
前記送電装置によってパルス列に変換されて送出された電力を受け取るように構成された受電部と、
前記受電部に接続された可変負荷と、
前記送電装置から前記電力が伝送されている状態において、前記送電装置内を流れる前記パルス列に含まれる各パルスの値が、前記パルスの持続時間の途中で変化するように、前記データの値に応じて前記可変負荷の負荷値を変化させる制御部と、
を備える受電装置。
【請求項２】
前記制御部は、各パルスの持続時間の中心時刻において、前記可変負荷の負荷値を変化させる、請求項１に記載の受電装置。
【請求項３】
前記可変負荷は、第１の負荷値および第２の負荷値の２種類の負荷値を切り替えることができ、
前記制御部は、
前記データが第１の値である場合、各パルスの中心時刻よりも前の時間においては前記可変負荷の負荷値を前記第１の負荷値に切り替え、前記中心時刻よりも後の時間においては前記可変負荷の負荷値を前記第２の負荷値に切り替え、
前記データが第２の値である場合、各パルスの中心時刻よりも前の時間においては前記可変負荷の負荷値を前記第２の負荷値に切り替え、前記中心時刻よりも後の時間においては前記可変負荷の負荷値を前記第１の負荷値に切り替える、請求項２に記載の受電装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記データが第１の値である場合における各パルスの持続時間中の平均振幅と、前記データが第２の値である場合における各パルスの持続時間中の平均振幅とが等しくなるように前記可変負荷を制御する、請求項１から３のいずれかに記載の受電装置。
【請求項５】
前記データを受電側データと呼ぶとき、
前記送電装置から伝送される前記パルス列は、第１の送電側データおよび第２の送電側データの少なくとも一方によって変調された信号である、請求項１から４のいずれかに記載の受電装置。
【請求項６】
前記送電装置から伝送される前記パルス列の伝送期間には、前記第１の送電側データのみによって変調された第１の期間と、前記第１の送電側データおよび第２の送電側データによって変調された第２の期間とが含まれ、
前記制御部は、前記第１の期間において、前記受電側データの値に応じて前記可変負荷の負荷値を変化させる、請求項５に記載の受電装置。
【請求項７】
前記パルス列は、前記第１の送電側データによってパルス幅変調され、前記第２の送電側データによって振幅変調された信号である、請求項５または６に記載の受電装置。
【請求項８】
前記受電側データは、前記第１の送電側データに対する応答のためのデータである、請求項５から７のいずれかに記載の受電装置。
【請求項９】
第１の送電側データをパルス幅変調することによってパルス列を生成して出力するパルス幅変調部と、
前記パルス列のパルス幅を補正するパルス幅補正部と、
パルス幅が補正された前記パルス列を送出する共振器と、
請求項１から８のいずれかに記載の受電装置から送信される受電側データを検出する検出器と、
を備え、
前記パルス幅補正部は、前記検出器が前記受電側データを検出したとき、前記パルス列のパルス幅を補正する、
送電装置。
【請求項１０】
前記パルス幅補正部は、前記検出器が前記受電側データを検出したときの前記パルス列に含まれる各パルスのパルス面積と、仮に前記検出器が前記受電側データを検出していないとした場合の前記パルスのパルス面積とが等しくなるように、前記パルス列のパルス幅を補正する、請求項９に記載の送電装置。
【請求項１１】
前記パルス幅補正部は、前記検出器が前記受電側データを検出したとき、前記検出器が前記受電側データを検出したときの前記パルス列のパルス振幅と、前記検出器が前記受電側データを検出していないときの前記パルス振幅とから求められる値を用いて、前記パルス幅を補正する、請求項９または１０に記載の送電装置。
【請求項１２】
電力を無線で伝送する送電装置と、
前記電力を受け取るとともに、受電側データを前記送電装置に送信する受電装置と、
を備える無線電力データ伝送システムであって、
前記受電装置は、
前記送電装置によって送出された電力を受け取るように構成された受電部と、
前記受電部に接続された可変負荷と、
前記受電部が前記送電装置からパルス列に変換された前記電力を受け取ったとき、前記送電装置に送信すべきデータの値に応じて、前記パルス列に含まれる各パルスの値が、前記パルスの持続時間の途中で変化するように、前記可変負荷の負荷値を変化させる制御部と、
を有している、
無線電力データ伝送システム。
【請求項１３】
前記送電装置は、
第１の送電側データをパルス幅変調することによってパルス列を生成して出力するパルス幅変調部と、
前記パルス列のパルス幅を補正するパルス幅補正部と、
パルス幅が補正された前記パルス列を送出する共振器と、
前記受電装置から送信された前記受電側データを検出する検出器と、
を備え、
前記パルス幅補正部は、前記検出器が前記受電側データを検出したとき、前記パルス列のパルス幅を補正する、
請求項１２に記載の無線電力データ伝送システム。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−２５３７４６（Ｐ２０１２−２５３７４６Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−８６７７６（Ｐ２０１２−８６７７６）
【出願日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
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