(57)【要約】【課題】オブジェクトを細分化して判定する。【解決手段】一つの実施形態によれば、ワイヤレス給電システムは、送電回路とオブジェクト検出回路を含む。送電回路は、送電コイルとコンデンサを含み、オブジェクトへのワイヤレス給電モードのときに直列共振回路を構成してオブジェクトに給電し、オブジェクト判定モードのときに並列共振回路を構成する。オブジェクト検出回路は検出回路と判定回路を含み、オブジェクト判定モードのときに動作して送電コイルに印加電圧を供給する。検出回路は送電コイルから出力される検出信号を入力し、電圧と周波数を走査してピーク電圧と共振周波数を算出し、ピーク電圧及び共振周波数の情報を複数の領域に細分化する。判定回路は、送電コイルの周囲に何も近接しない基準状態の情報とオブジェクトの細分化されたピーク電圧及び共振周波数の情報とを比較してオブジェクトの判定を行う。【選択図】図１
2020124002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電コイルとコンデンサを含み、オブジェクトへのワイヤレス給電モードのときに直列共振回路を構成して前記オブジェクトに給電し、オブジェクト判定モードのときに並列共振回路を構成する送電回路と、
検出回路と判定回路を含み、前記オブジェクト判定モードのときに動作して前記送電コイルに印加電圧を供給し、前記検出回路は前記送電コイルから出力される検出信号を入力し、電圧と周波数を走査してピーク電圧と共振周波数を算出し、前記ピーク電圧及び前記共振周波数の情報を複数の領域に細分化し、前記判定回路は、前記送電コイルの周囲に何も近接しない基準状態の情報と前記オブジェクトの細分化された前記ピーク電圧及び前記共振周波数の情報とを比較して前記オブジェクトの判定を行うオブジェクト検出回路と、
を具備することを特徴とするワイヤレス給電システム。
【請求項２】
前記オブジェクト検出回路は、前記基準状態の情報と前記オブジェクトの細分化された前記ピーク電圧及び前記共振周波数の情報とを格納するメモリを含む
ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス給電システム。
【請求項３】
交流信号発生回路と抵抗を更に具備し、
前記オブジェクト判定モードのときに、交流信号発生回路から発生する交流信号は前記抵抗でＩ−Ｖ変換されて、前記送電コイルの一端に印加電圧が印加される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のワイヤレス給電システム。
【請求項４】
前記送電回路は、コントローラとドライバを含み、
前記コントローラは、第１乃至４制御信号を生成し、
前記ドライバは、第１乃至４トランジスタを含み、
前記第１トランジスタは、一端が電源に接続され、制御端子に前記第１制御信号が入力され、他端が前記コンデンサの一端に接続され、
前記第２トランジスタは、一端が前記電源に接続され、制御端子に前記第２制御信号が入力され、他端が前記送電コイルの一端に接続され、
前記第３トランジスタは、一端が前記第１トランジスタの他端に接続され、制御端子に前記第３制御信号が入力され、他端が接地電位に接続され、
前記第４トランジスタは、一端が前記第２トランジスタの他端に接続され、制御端子に前記第４制御信号が入力され、他端が前記接地電位に接続される
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のワイヤレス給電システム。
【請求項５】
前記オブジェクト判定モードのとき、
前記第１トランジスタはディセーブル状態の前記第１制御信号によりオフし、
前記第２トランジスタはディセーブル状態の前記第２制御信号によりオフし、
前記第３トランジスタはイネーブル状態の前記第３制御信号によりオンし、
前記第４トランジスタはイネーブル状態の前記第４制御信号によりオンする
ことを特徴とする請求項４に記載のワイヤレス給電システム。
【請求項６】
前記ワイヤレス給電モードのとき、
前記第１乃至４トランジスタは、第１オン期間、第１オフ期間、第２オン期間、及び第２オフ期間が繰り返し設定され、
前記第１オン期間では、
前記第１トランジスタはディセーブル状態の前記第１制御信号によりオフし、
前記第２トランジスタはイネーブル状態の前記第２制御信号によりオンし、
前記第３トランジスタはイネーブル状態の前記第３制御信号によりオンし、
前記第４トランジスタはディセーブル状態の前記第４制御信号によりオフし、
前記第２オン期間では、
前記第１トランジスタはイネーブル状態の前記第１制御信号によりオンし、
前記第２トランジスタはディセーブル状態の前記第２制御信号によりオフし、
前記第３トランジスタはディセーブル状態の前記第３制御信号によりオフし、
前記第４トランジスタはイネーブル状態の前記第４制御信号によりオンし、
前記第１オフ期間と第２オフ期間では、
前記第１トランジスタはディセーブル状態の前記第１制御信号によりオフし、
前記第２トランジスタはディセーブル状態の前記第２制御信号によりオフし、
前記第３トランジスタはディセーブル状態の前記第３制御信号によりオフし、
前記第４トランジスタはディセーブル状態の前記第４制御信号によりオフする
ことを特徴とする請求項４に記載のワイヤレス給電システム。
【請求項７】
前記オブジェクトは、受電回路が設けられるレシーバや金属性物体を含み、
前記レシーバは、センサ機器、モバイル機器、ウェラブル機器、家庭内機器、ロボット、或いは電力インフラシステムに設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ワイヤレス給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ワイヤレスで送電側から受電側へ電力を供給するワイヤレス給電システムが民生用機器や産業用機器等に多数開発されている。ワイヤレス給電システムでは、給電時に送電側の送電コイルに近接する受電側のオブジェクトの判別を行い、オブジェクトに最適な電力を供給することが大変重要である。
【０００３】
オブジェクトの判別には、共振周波数を使用し、回路を破壊しないように過電圧や過電流を考慮した回路設計が必要となる。このため、システム開発や評価工程の期間が長期になるという問題点がある。
【０００４】
また、オブジェクトの判別にＱ値を使用する方法では、Ｑ値のみでのオブジェクトの判別が困難であり、安全面から本来充電可能なオブジェクトを充電不可と誤判断する可能性があり、利便性が低下するという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２７２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、オブジェクトを細分化して判定することができるワイヤレス給電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一つの実施形態によれば、ワイヤレス給電システムは、送電回路とオブジェクト検出回路を含む。送電回路は、送電コイルとコンデンサを含み、オブジェクトへのワイヤレス給電モードのときに直列共振回路を構成してオブジェクトに給電し、オブジェクト判定モードのときに並列共振回路を構成する。オブジェクト検出回路は検出回路と判定回路を含み、オブジェクト判定モードのときに動作して送電コイルに印加電圧を供給する。検出回路は送電コイルから出力される検出信号を入力し、電圧と周波数を走査してピーク電圧と共振周波数を算出し、ピーク電圧及び共振周波数の情報を複数の領域に細分化する。判定回路は、送電コイルの周囲に何も近接しない基準状態の情報とオブジェクトの細分化されたピーク電圧及び共振周波数の情報とを比較してオブジェクトの判定を行う。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係るワイヤレス給電システムを示す回路図である。
【図２】第１の実施形態に係るドライバを示す回路図である。
【図３】第１の実施形態に係るワイヤレス給電モードを示す図である。
【図４】第１の実施形態に係るワイヤレス給電モードの状態を説明する図である。
【図５】第１の実施形態に係るオブジェクト判別モードを示す図である。
【図６】第１の実施形態に係るオブジェクト判別モードの状態を説明する図である。
【図７】第１の実施形態に係るオブジェクトの二次元座標展開を説明する図である。
【図８】第１の実施形態に係る基準に対する各オブジェクトの共振周波数とピーク電圧を説明する図である。
【図９】第１の実施形態に係る基準データ取得の処理を示すフローチャートである。
【図１０】第１の実施形態に係るオブジェクト検出の処理を示すフローチャートである。
【図１１】第１の実施形態に係るオブジェクトへの給電の処理を示すフローチャートである。
【図１２】第２の実施形態に係るワイヤレス給電システムを示す回路図である。
【図１３】第２の実施形態に係る印加電圧とピーク電圧の関係を示す図である。
【図１４】第２の実施形態に係るオブジェクト検出の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係るワイヤレス給電システムについて、図面を参照して説明する。図１はワイヤレス給電システムを示す回路図である。
【００１１】
第１の実施形態では、ワイヤレス給電モードのときに、送電回路は直列共振回路となり受電側のオブジェクトに電力信号を送信する。オブジェクト判定モードのときに、送電回路が並列共振回路となり、並列共振回路の送電コイルに交流信号発生回路から抵抗を介して印加電圧が供給される。このときオブジェクト検出回路が並列共振回路の送電コイルから検出される検出信号に基づいてオブジェクトを細分化して判定を行う。
【００１２】
図１に示すように、ワイヤレス給電システム１００は、送電回路１、オブジェクト検出回路２、交流信号発生回路３、レギュレータ４を含む。ワイヤレス給電システム１００は、屋内及び屋外で使用され、民生用機器や産業用機器等に適用される。ワイヤレス給電システム１００は、ワイヤレス給電モードとオブジェクト判定モードを有する。
【００１３】
オブジェクトには、受電回路を含むレシーバや金属性物体が含まれる。レシーバは、例えばセンサ機器、モバイル機器、ウェラブル機器、家庭内機器、ロボット、電力インフラシステム等に設けられる。
【００１４】
送電回路１は、コイル６、コントローラ１１、ドライバ１２、コンデンサＣ１を含む。送電回路１は、ワイヤレス給電モードの時に受電側のオブジェクトに電力を送電する。コイル６は送電コイルとして機能する。送電回路１は、例えばベースステーションなどに設けられる。
【００１５】
コントローラ１１は、制御信号Ｓｓｇ１〜Ｓｓｇ４を生成し、制御信号Ｓｓｇ１〜Ｓｓｇ４をドライバ１２に出力する。コントローラ１１は、オブジェクト検出回路２から送信される電力変更信号Ｓｐｗｈを入力し、電力変更信号Ｓｐｗｈに基づいて送電する電力の条件を変更し、オブジェクトに最適な電力の条件を選択する（詳細は後述する）。
【００１６】
コイル６（送電コイル）は、一端がコンデンサＣ１の一端に接続される。コイル６（送電コイル）とコンデンサＣ１は共振回路を構成する。
【００１７】
ドライバ１２は、コントローラ１１から出力される制御信号Ｓｓｇ１〜Ｓｓｇ４を入力し、制御信号Ｓｓｇ１〜Ｓｓｇ４に基づいて、コイル６とコンデンサＣ１から構成される共振回路の回路構成の切り換え、送電する電力の条件の設定及び変更を行う。
【００１８】
図２は、ドライバ１２を示す回路図である。ドライバ１２は、Ｐｃｈ  ＭＯＳトランジスタＰＭＴ１、Ｐｃｈ  ＭＯＳトランジスタＰＭＴ２、Ｎｃｈ  ＭＯＳトランジスタＮＭＴ１、Ｎｃｈ  ＭＯＳトランジスタＮＭＴ２を含む。ドライバ１２は、フルブリッジ回路或いはＨブリッジ回路とも呼称される。
【００１９】
Ｐｃｈ  ＭＯＳトランジスタＰＭＴ１（第１トランジスタ）は、一端（ソース）が電源ＶＤＤ１に接続され、他端（ドレイン）がノードＮ１及びコンデンサＣ１に接続され、制御端子（ゲート）に制御信号Ｓｓｇ１（第１制御信号）が入力される。Ｐｃｈ  ＭＯＳトランジスタＰＭＴ１は、電源ＶＤＤ１から電源電圧が供給され、制御信号Ｓｓｇ１がイネーブル状態（ローレベル）のときにオンする。
【００２０】
Ｐｃｈ  ＭＯＳトランジスタＰＭＴ２（第２トランジスタ）は、一端（ソース）が電源ＶＤＤ１に接続され、他端（ドレイン）がノードＮ２及びコイル６に接続され、制御端子（ゲート）に制御信号Ｓｓｇ２（第２制御信号）が入力される。Ｐｃｈ  ＭＯＳトランジスタＰＭＴ２は、電源ＶＤＤ１から電源電圧が供給され、制御信号Ｓｓｇ２がイネーブル状態（ローレベル）のときにオンする。
【００２１】
Ｎｃｈ  ＭＯＳトランジスタＮＭＴ１（第３トランジスタ）は、一端（ドレイン）がノードＮ１（Ｐｃｈ  ＭＯＳトランジスタＰＭＴ１の他端）に接続され、他端（ソース）が接地電位Ｖｓｓに接続され、制御端子（ゲート）に制御信号Ｓｓｇ３（第３制御信号）が入力される。Ｎｃｈ  ＭＯＳトランジスタＮＭＴ１は、制御信号Ｓｓｇ３がイネーブル状態（ハイレベル）のときにオンする。
【００２２】
Ｎｃｈ  ＭＯＳトランジスタＮＭＴ２（第４トランジスタ）は、一端（ドレイン）がノードＮ２（Ｐｃｈ  ＭＯＳトランジスタＰＭＴ２の他端）に接続され、他端（ソース）が接地電位Ｖｓｓに接続され、制御端子（ゲート）に制御信号Ｓｓｇ４（第４制御信号）が入力される。Ｎｃｈ  ＭＯＳトランジスタＮＭＴ２は、制御信号Ｓｓｇ４がイネーブル状態（ハイレベル）のときにオンする。
【００２３】
ここでは、ドライバ１２をＰｃｈ  ＭＯＳトランジスタとＮｃｈ  ＭＯＳトランジスタから構成しているが必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、Ｎｃｈ  ＭＯＳトランジスタのみで構成してもよい。その場合、制御信号Ｓｓｇ１及びＳｓｇ２のイネーブル状態をハイレベルとするのが好ましい。
【００２４】
オブジェクト検出回路２は、検出回路２１、判定回路２２、メモリ２３、抵抗Ｒ１を含む。検出回路２１、判定回路２２、及びメモリ２３は、例えばマイクロコントローラに設けられる。オブジェクト検出回路２は、オブジェクト判定モードのときに動作する。なお、交流信号発生回路３とレギュレータ４をオブジェクト検出回路２内に設けてもよい。
【００２５】
次に、ワイヤレス給電システム１００でのワイヤレス給電モードについて、図３及び図４を参照して説明する。図３は、ワイヤレス給電モードを示す図である。図４は、ワイヤレス給電モードの状態を説明する図である。
【００２６】
図３に示すように、オブジェクト５が送電回路１に間隔Ｌｄで近接するワイヤレス給電モードのときに、送電回路１ではコイル６（送電コイル）とコンデンサＣ１が直列共振回路を構成し、受電側のオブジェクト５のコイル７（受電コイル）に電力を供給する（電力信号Ｓｐｗを送信）。
【００２７】
図４に示すように、ワイヤレス給電モードでは、パワー供給（Ｉ）であるオン期間Ｔｏｎ１のときに、Ｐｃｈ  ＭＯＳトランジスタＰＭＴ１が制御信号Ｓｓｇ１のディセーブル状態（ハイレベル）によりオフとなる。Ｐｃｈ  ＭＯＳトランジスタＰＭＴ２が制御信号Ｓｓｇ２のイネーブル状態（ローレベル）によりオンとなる。Ｎｃｈ  ＭＯＳトランジスタＮＭＴ１が制御信号Ｓｓｇ３のイネーブル状態（ハイレベル）によりオンとなる。Ｎｃｈ  ＭＯＳトランジスタＮＭＴ２が制御信号Ｓｓｇ４のディセーブル状態（ローレベル）によりオフとなる。
【００２８】
パワーオフ（Ｉ）であるオフ期間（Ｔｏｆｆ１）のときに、Ｐｃｈ  ＭＯＳトランジスタＰＭＴ１が制御信号Ｓｓｇ１のディセーブル状態（ハイレベル）によりオフとなる。Ｐｃｈ  ＭＯＳトランジスタＰＭＴ２が制御信号Ｓｓｇ２のディセーブル状態（ハイレベル）によりオフとなる。Ｎｃｈ  ＭＯＳトランジスタＮＭＴ１が制御信号Ｓｓｇ３のディセーブル状態（ローレベル）によりオフとなる。Ｎｃｈ  ＭＯＳトランジスタＮＭＴ２が制御信号Ｓｓｇ４のディセーブル状態（ローレベル）によりオフとなる。
【００２９】
パワー供給（ＩＩ）であるオン期間Ｔｏｎ２のときに、Ｐｃｈ  ＭＯＳトランジスタＰＭＴ１が制御信号Ｓｓｇ１のイネーブル状態（ローレベル）によりオンとなる。Ｐｃｈ  ＭＯＳトランジスタＰＭＴ２が制御信号Ｓｓｇ２のディセーブル状態（ハイレベル）によりオフとなる。Ｎｃｈ  ＭＯＳトランジスタＮＭＴ１が制御信号Ｓｓｇ３のディセーブル状態（ローレベル）によりオフとなる。Ｎｃｈ  ＭＯＳトランジスタＮＭＴ２が制御信号Ｓｓｇ４のイネーブル状態（ハイレベル）によりオンとなる。
【００３０】
パワーオフ（ＩＩ）であるオフ期間（Ｔｏｆｆ２）のときに、Ｐｃｈ  ＭＯＳトランジスタＰＭＴ１が制御信号Ｓｓｇ１のディセーブル状態（ハイレベル）によりオフとなる。Ｐｃｈ  ＭＯＳトランジスタＰＭＴ２が制御信号Ｓｓｇ２のディセーブル状態（ハイレベル）によりオフとなる。Ｎｃｈ  ＭＯＳトランジスタＮＭＴ１が制御信号Ｓｓｇ３のディセーブル状態（ローレベル）によりオフとなる。Ｎｃｈ  ＭＯＳトランジスタＮＭＴ２が制御信号Ｓｓｇ４のディセーブル状態（ローレベル）によりオフとなる。
【００３１】
ワイヤレス給電モードでは、パワー供給（Ｉ）→パワーオフ（Ｉ）→パワー供給（ＩＩ）→パワーオフ（ＩＩ）の周期が繰り返される。コントローラ１１及びドライバ１２により、パワーオン期間とパワーオフ期間が設定され（デューティ期間の設定）、オブジェクト５に対応する最適な送電条件が設定され、最適な電力がオブジェクト５に供給される。
【００３２】
次に、ワイヤレス給電システム１００でのオブジェクト判定モードについて、図５及び図６を参照して説明する。図５は、オブジュクト判別モードを示す図である。図６は、オブジュクト判別モードの状態を説明する図である。
【００３３】
図５に示すように、オブジェクト判定モードでは、レギュレータ４は、一定な電圧を発生し、一定な電圧を交流信号発生回路３に供給する。交流信号発生回路３は、レギュレータ４から供給される一定な電圧に基づいて、共振回路のピークを走査するための交流信号を発生する。
【００３４】
オブジェクト判定モードでは、送電回路１に設けられるコイル６（送電コイル）とコンデンサＣ１が並列共振回路を構成する。コイル６は、一端がコンデンサＣ１の一端に接続され、他端が接地電位Ｖｓｓに接続される。コンデンサＣ１は、他端が接地電位Ｖｓｓに接続される。
【００３５】
オブジェクト検出回路２に設けられる抵抗Ｒ１は、交流信号発生回路３とコイル６（送電コイル）の間に設けられ、オブジェクト判定モードのときにピーク電圧を読み取るためにＩ−Ｖ変換を行い、コイル６（送電コイル）の一端に印加電圧Ｖａｐｐｌを印加する。
【００３６】
オブジェクト判定モードでは、図６に示すように、Ｐｃｈ  ＭＯＳトランジスタＰＭＴ１が制御信号Ｓｓｇ１のディセーブル状態（ハイレベル）によりオフとなる。Ｐｃｈ  ＭＯＳトランジスタＰＭＴ２が制御信号Ｓｓｇ２のディセーブル状態（ハイレベル）によりオフとなる。Ｎｃｈ  ＭＯＳトランジスタＮＭＴ１が制御信号Ｓｓｇ３のイネーブル状態（ハイレベル）によりオンとなる。Ｎｃｈ  ＭＯＳトランジスタＮＭＴ２が制御信号Ｓｓｇ４のイネーブル状態（ハイレベル）によりオンとなる。この結果、ドライバ１２からコイル６（送電コイル）とコンデンサＣ１から構成される並列共振回路には電力が供給されない。
【００３７】
オブジェクト判定モードのとき、交流信号発生回路３から交流信号を発生するとコイル６（送電コイル）に並列共振回路のインピーダンスに対応する電圧が生成される。
【００３８】
コイル６にオブジェクト（例えば、レシーバや金属性物体）が近接していない場合、共振周波数付近にピーク電圧Ｖｐｅａｋが発生する。ここで、共振周波数ｆ０は、
ｆ０＝１／｛２π（LC）１／２｝・・・式１
と表される。ここで、Lはコイル６のインダクタンス、CはコンデンサＣ１の容量である。
【００３９】
インダクタンスLは、
Ｌ＝ｋ×μe×Ｎ２・・・式２
と表される。ここで、ｋは定数、μeは実効透磁率、Ｎは巻き線の巻き数である。なお、Ｑ値は、
Ｑ＝(２π×ｆ×Ｌ)／ｒｓ・・・式３
と表される。ここで、ｆは周波数、Lはインダクタンス、ｒｓは周波数ｆにおける実効抵抗値である。
【００４０】
オブジェクト判定モードのとき、コイル６にオブジェクト５（例えば、レシーバや金属性物体など）を近接させると、コイル６にオブジェクト５が近接していない場合とは異なる周波数にピーク電圧Ｖｐｅａｋが発生する。このピーク電圧Ｖｐｅａｋは、コイル６にオブジェクト５が近接していない場合とは異なる電圧となる。この結果、オブジェクトが近接する場合と近接しない場合のピーク電圧とそのときの周波数の違いから接近するオブジェクトの判定及び推測が可能となる。
【００４１】
オブジェクト判定モードでのオブジェクトの細分化判定について、図７及び図８を参照して説明する。図７は、オブジェクトの二次元座標展開を説明する図である。図８は、基準に対する各オブジェクトの共振周波数とピーク電圧を説明する図である。ここでは、検出電圧と周波数の特性から算出されるオブジェクト５のピーク電圧Ｖｐｅａｋと共振周波数ｆ０の関係を５つの領域（“領域Ｉ”〜“領域Ｖ”）の分類し、細分化している。
【００４２】
“領域Ｉ”〜“領域Ｖ”について、式１〜式３、図７、図８を用いてそれぞれ説明する。
【００４３】
コイル６（送電コイル）の周囲に何もない“領域Ｉ”（基準状態）の場合、式１により算出される共振周波数ｆ０にピーク電圧Ｖｐｅａｋが出現する（図７の実線表示特性）。
【００４４】
導電性の金属性物体などがコイル６（送電コイル）に近接する“領域ＩＩ”の場合、コイル６（送電コイル）に発生する磁力線により金属性物体内に渦電流が発生し、電流の損出が生じる。この結果、式３よりリアクタンス成分が増大してＱ値が低下し、ピーク電圧Ｖｐｅａｋも低下する。金属性物体内で発生した渦電流により磁力線の打ち消し効果が作用し、巻き数Ｎの減少と同様な効果が作用してインダクタンスＬの値が低下する（式２参照）。インダクタンスＬの値が低下すると共振周波数ｆ０が上昇する（式１参照）。
【００４５】
特性の良いレシーバがコイル６（送電コイル）に近接する“領域ＩＩＩ”の場合、基板に対して、送電コイル６からの磁力線を遮断する目的でレシーバのコイル７（受電コイル）の裏面に磁気シールド（例えば、フェライト）が取り付けられている。このフェライトが導電コイル６の磁力線を透過する状態になると、コイルの巻き数Ｎの増加と同様な効果が発生してインダクタンスＬの値が上昇する（式２参照）。インダクタンスＬの値が上昇すると、共振周波数ｆ０が低下する（式１参照）。Ｑ値の上昇に伴ってピーク電圧Ｖｐｅａｋも上昇する（式３参照）。レシーバの場合、コイル７（受電コイル）の裏面に設けられるフェライトによる特徴的な変化によりオブジェクト５の判定を行うことができる。
【００４６】
レシーバ及び金属性物体がコイル６（送電コイル）に近接する“領域ＩＶ”の場合、本来のレシーバ特性（“領域ＩＩＩ”）と金属性物体の特性（“領域ＩＩ”）が同時に生じるので、共振周波数ｆ０が低下し、ピーク電圧Ｖｐｅａｋも低下する。
【００４７】
特性の悪いレシーバがコイル６（送電コイル）に近接する“領域Ｖ”の場合、レシーバがスマートフォン等の小型、薄型端末に埋め込まれているので磁気シールドを厚くすることが困難である。レシーバが裏面にバッテリ等の金属性物体が配置されているので十分なシールド効果を持たせることが困難である。このため、本来のレシーバの特性（“領域ＩＩＩ”）と金属性物体の特性（“領域ＩＩ”）の影響がレシーバ及び金属性物体がコイル６（送電コイル）に近接する“領域ＩＶ”よりも小さくなる。
【００４８】
検出回路２１は、コイル６（送電コイル）と判定回路及びメモリ２３の間に設けられる。オブジェクトの判定モードのときにコイル６（送電コイル）の一端で検出される検出信号Ｓｄｅｔを検出する。検出信号Ｓｄｅｔは、検出電圧と周波数を走査することにより検出される共振周波数ｆ０とピーク電圧Ｖｐｅａｋの情報を含む信号である。
【００４９】
検出回路２１で検出された共振周波数ｆ０とピーク電圧Ｖｐｅａｋの情報は、“領域Ｉ”〜“領域Ｖ”の５つの領域の内のいずれかに細分化され領域ごとにメモリ２３に格納される。メモリ２３は、領域ごとに細分化されたオブジェクト５に対応する給電条件の情報、共振周波数ｆ０とピーク電圧Ｖｐｅａｋから推定されるオブジェクト５の物質情報等を格納する。
【００５０】
判定回路２２は、検出回路２１で検出されたオブジェクト５の共振周波数ｆ０とピーク電圧Ｖｐｅａｋの情報を入力する。判定回路２２は、オブジェクト５の共振周波数ｆ０とピーク電圧Ｖｐｅａｋの情報とメモリ２３に格納されている情報（コイル６（送電コイル）の周囲に何も接近させない基準状態の情報）に基づいてオブジェクト５の判定を行う。判定回路２２は、オブジェクト５の判定結果に基づいて、電力条件の変更が必要な場合、オブジェクト５に最適な電力条件を電力変更信号Ｓｐｗｈとしてコントローラ１１に送信する。
【００５１】
次に、オブジェクト判定モードの動作フローについて図９及び図１０を参照して説明する。図９は、基準データ取得の処理を示すフローチャートである。図１０は、オブジェクト検出の処理を示すフローチャートである。
【００５２】
図９に示すように、コイル６（送電コイル）の周囲に何も接近させない状態とする（ステップＳ１）。次に、抵抗Ｒ１を介してコイル６（送電コイル）の一端に印加電圧Ｖａｐｐｌを供給して電圧と周波数を走査する（ステップＳ２）。続いて、検出回路２１は、共振周波数ｆ０とピーク電圧Ｖｐｅａｋを検出する。判定回路２２は、共振周波数ｆ０とピーク電圧Ｖｐｅａｋが“領域Ｉ”にあるのかを確認する。メモリ２３は、判定回路２２で確認されたコイル６（送電コイル）の周囲に何も接近させない状態の情報を格納する（ステップＳ３）。
【００５３】
図１０に示すように、オブジェクト５をコイル６（送電コイル）に近接する（ステップＳ１１）。次に、抵抗Ｒ１を介してコイル６（送電コイル）の一端に印加電圧Ｖａｐｐｌを供給して電圧と周波数を走査する（ステップＳ１２）。
【００５４】
続いて、検出回路２１は、共振周波数ｆ０とピーク電圧Ｖｐｅａｋを検出する。判定回路２２は、オブジェクト５の共振周波数ｆ０とピーク電圧Ｖｐｅａｋがどの領域（“領域Ｉ”〜“領域Ｖ”のいずれか）にあるのか確認する。判定回路２２は、メモリ２３に予め保存している基準値（コイル６（送電コイル）の周囲に何も接近させない状態の“領域Ｉ”情報）と、オブジェクト５の共振周波数ｆ０とピーク電圧Ｖｐｅａｋとを比較照合してオブジェクト５を判別する。メモリ２３は、オブジェクト５の共振周波数ｆ０とピーク電圧Ｖｐｅａｋの情報、オブジェクト５の領域判定情報、及びオブジェクト５の判別情報を格納する（ステップＳ１４）。
【００５５】
判定回路２２は、オブジェクト５の判別結果に基づいてメモリ２３に格納されている給電条件の情報からオブジェクト５に最適な給電条件を選定する。メモリ２３は、オブジェクト５の共振周波数ｆ０とピーク電圧Ｖｐｅａｋの情報に給電条件を紐付けて保存する（ステップＳ１５）。
【００５６】
次に、オブジェクトへの給電の処理について、図１１を参照して説明する。図１１は、オブジェクトへの給電の処理を示すフローチャートである。
【００５７】
図１１に示すように、オブジェクト５をコイル６（送電コイル）に近接する（ステップＳ２１）。次に、抵抗Ｒ１を介してコイル６（送電コイル）の一端に印加電圧Ｖａｐｐｌを供給して電圧と周波数を走査する（ステップＳ２２）。
【００５８】
続いて、検出回路２１は、共振周波数ｆ０とピーク電圧Ｖｐｅａｋを検出する。判定回路２２は、オブジェクト５の共振周波数ｆ０とピーク電圧Ｖｐｅａｋに基づいて、オブジェクト５の判定を行う（ステップＳ２３）。
【００５９】
オブジェクト５が、“領域ＩＩＩ”の特性の良いレシーバで給電条件が、ワイヤレス電力伝送規格（例えば、ＷＰＴ（Wireless Power Transfer）やＱｉ（チー）規格など）を充分満足すると判断した場合、メモリ２３に格納されているワイヤレス電力伝送規格条件を用いてオブジェクトへの給電（Ｉ）を実行する（ステップＳ２５）。
【００６０】
オブジェクト５が、ワイヤレス電力伝送規格を満足しないと判断した場合、給電条件の変更（電力条件のｕｐ或いはｄｏｗｎ）の判断を行う（ステップＳ２４）。
【００６１】
オブジェクト５が、例えば“領域Ｖ”の特性の悪いレシーバの場合、オブジェクト５の共振周波数ｆ０とピーク電圧Ｖｐｅａｋと、メモリ２３に格納されている共振周波数ｆ０とピーク電圧Ｖｐｅａｋの情報に対応する給電条件とに基づいて、判定回路２２が電力変更信号Ｓｐｗｈ（電力条件ｕｐ変更）をコントローラ１１へ送信する。電力変更信号Ｓｐｗｈに基づいて、コントローラ１１及びドライバ１２が給電条件をｕｐした電力を用いてオブジェクトへの給電（ＩＩ）を実行する。その結果、給電時間を早めることができる（ステップＳ２６）。
【００６２】
オブジェクト５が、例えば“領域ＩＩ”のレシーバに金属性異物（例えば、金属シールなど）がある場合、オブジェクト５の共振周波数ｆ０とピーク電圧Ｖｐｅａｋと、メモリ２３に格納されている共振周波数ｆ０とピーク電圧Ｖｐｅａｋの情報に対応する給電条件とに基づいて、判定回路２２が電力変更信号Ｓｐｗｈ（電力条件ｄｏｗｎ変更）をコントローラ１１へ送信する。電力変更信号Ｓｐｗｈに基づいて、コントローラ１１及びドライバ１２が給電条件をｄｏｗｎした電力を用いてオブジェクトへの給電（ＩＩＩ）を実行する。その結果、給電を絞り給電時間を長くして、オブジェクト５の発熱や破壊を防止することができる（ステップＳ２７）。
【００６３】
上述したように、本実施形態のワイヤレス給電システム１００では、送電回路１、オブジェクト検出回路２、交流信号発生回路３、レギュレータ４が含まれる。ワイヤレス給電システム１００は、ワイヤレス給電モードとオブジェクト判定モードを有する。ワイヤレス給電モードでは、送電回路１が直列共振回路となり受電側のオブジェクトに電力信号を送信する。オブジェクト判定モードでは、送電回路１が並列共振回路となり、並列共振回路のコイル６（送電コイル）に交流信号発生回路３から抵抗Ｒ１を介して印加電圧Ｖａｐｐｌが供給される。このときオブジェクト検出回路２が並列共振回路のコイル６（送電コイル）から検出される検出信号Ｓｄｅｔに基づいてピーク電圧Ｖｐｅａｋと共振周波数ｆ０が検出される。ピーク電圧Ｖｐｅａｋと共振周波数ｆ０の関係は、５つの領域（“領域Ｉ”〜“領域Ｖ”）に細分化されオブジェクト５の判定が行われる。オブジェクト５の判定結果に基づいて、最適な給電条件がオブジェクト５に送電される。
【００６４】
このため、種々のオブジェクトに対して常に最適な給電条件を提供することができ、オブジェクトを使用するユーザに対して利便性を向上させることができる。
【００６５】
なお、第１の実施形態では、オブジェクト５の共振周波数ｆ０とピーク電圧Ｖｐｅａｋの関係を５つの領域（“領域Ｉ”〜“領域Ｖ”）に細分化しているが必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、２〜４の領域、或いは６以上の領域に細分化してもよい。
【００６６】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係るワイヤレス給電システム２００に係るについて、図面を参照して説明する。図１２はワイヤレス給電システム２００を示す回路図である。
【００６７】
第２の実施形態では、オブジェクト判定モードのときに、送信回路が並列共振回路となり、並列共振回路の送電用コイルに交流信号発生回路から抵抗を介して印加電圧が供給される。オブジェクト検出時での印加電圧と基準値での印加電圧が同一ではない場合、オブジェクト検出時での印加電圧は補正される。このときオブジェクト検出回路が並列共振回路の送電用コイルから検出される検出電圧に基づいてオブジェクトを細分化して判定を行う。
【００６８】
以下、第１の実施形態と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
【００６９】
図１２に示すように、ワイヤレス給電システム２００は、送電回路１、オブジェクト検出回路２、交流信号発生回路３を含む。ワイヤレス給電システム２００は、屋内及び屋外で使用され、民生用機器や産業用機器等に適用される。ワイヤレス給電システム２００は、ワイヤレス給電モードとオブジェクト判定モードを有する。
【００７０】
交流信号発生回路３は、外部に設けられる電源ＶＤＤＶから電圧が供給される。第２の実施形態では、送電回路１（ベースステーション）が高速給電モードに切り替わることにより、電源ＶＤＤＶの電圧が変化して交流信号発生回路３から抵抗Ｒ１を介して出力される印加電圧Ｖａｐｐｌｖが変動することを想定している。
【００７１】
オブジェクト判定モードでは、交流信号発生回路３は、電源ＶＤＤＶから供給される変動する電圧に基づいて、共振回路のピークを走査するための交流信号を発生する。この結果、検出回路２１で検出されるピーク電圧Ｖｐｅａｋは、印加電圧Ｖａｐｐｌｖにより変化する。
【００７２】
図１３は、印加電圧とピーク電圧の関係を示す図である。図１３に示すように、横軸に印加電圧Ｖａｐｐｌｖ、縦軸にピーク電圧Ｖｐｅａｋをとると、印加電圧Ｖａｐｐｌｖとピーク電圧Ｖｐｅａｋの関係は、
ｙ＝ａ×＋ｂ・・・式４
と表される。ここで、ａは傾き、ｂは印加電圧Ｖａｐｐｌｖが０（ゼロ）のときの値である。この式（式４）を用いることにより、印加電圧Ｖａｐｐｌｖの変動によって発生するピーク電圧Ｖｐｅａｋの変動を補正することができる。
【００７３】
次に、オブジェクト検出の処理について、図１４を参照して説明する。図１４は、オブジェクト検出の処理を示すフローチャートである。なお、基準データ取得の処理については、第１の実施形態（図９参照）と同様なので、説明を省略する。
【００７４】
図１４に示すように、第１の実施形態（図１０参照）と同様に、オブジェクト５をコイル６（送電コイル）に近接する（ステップＳ１１）。次に、抵抗Ｒ１を介してコイル６（送電コイル）の一端に印加電圧Ｖａｐｐｌを供給して電圧と周波数を走査する（ステップＳ１２）。
【００７５】
続いて、検出回路２１は、共振周波数ｆ０、ピーク電圧Ｖｐｅａｋ、印加電圧Ｖａｐｐｌｖを検出する。オブジェクト検出時での交流信号発生回路３から抵抗Ｒ１を介して出力される印加電圧Ｖａｐｐｌｖと、基準値を取得したときの交流信号発生回路３から抵抗Ｒ１を介して出力される印加電圧Ｖａｐｐｌｖとが同一であるかを判定する（ステップＳ３１）。
【００７６】
電圧が同一である場合、第１の実施形態（図１０参照）と同様に、ステップＳ１３からステップＳ１５の処理を行う。
【００７７】
電圧が異なる場合、式４に示す一次の補正式を用いてオブジェクト検出時でのピーク電圧Ｖｐｅａｋを補正する（ステップＳ３２）。ピーク電圧Ｖｐｅａｋの補正後、第１の実施形態（図１０参照）と同様に、ステップＳ１３からステップＳ１５の処理を行う。
【００７８】
上述したように、本実施形態のワイヤレス給電システム２００では、送電回路１、オブジェクト検出回路２、交流信号発生回路３が含まれる。交流信号発生回路３は、オブジェクト判定モードでは、電源ＶＤＤＶから供給される変動する電圧に基づいて、共振回路のピークを走査するための交流信号を発生する。オブジェクト検出時での交流信号発生回路３から抵抗Ｒ１を介して出力される印加電圧Ｖａｐｐｌｖと、基準値を取得したときの交流信号発生回路３から抵抗Ｒ１を介して出力される印加電圧Ｖａｐｐｌｖとが同一でない場合、一次の補正式を用いてオブジェクト検出時でのピーク電圧Ｖｐｅａｋを補正する。
【００７９】
このため、電源ＶＤＤＶが変動した場合でも、共振周波数ｆ０とピーク電圧Ｖｐｅａｋの関係がどの領域にあるのかを精度よく判別することができ、オブジェクト５に最適な給電条件を選定することができる。また、ワイヤレス給電システム２００は、第１の実施形態のワイヤレス給電システム１００と比較してレギュレータ４を削減することができる。
【００８０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８１】
１  送電回路
２、２ａ  オブジェクト検出回路
３  交流信号発生回路
４  レギュレータ
５  オブジェクト
６、７  コイル
１１  コントローラ
１２  ドライバ
２１  検出回路
２２  判定回路
２３  メモリ
１００、２００  ワイヤレス給電システム
Ｃ１  コンデンサ
ｆ０  共振周波数
Ｌｄ  間隔
Ｎ１、Ｎ２  ノード
ＮＭＴ１、ＮＭＴ２  Ｎｃｈ  ＭＯＳトランジスタ
ＰＭＴ１、ＰＭＴ２  Ｐｃｈ  ＭＯＳトランジスタ
Ｒ１  抵抗
Ｓｄｅｔ  検出信号
Ｓｓｇ１〜ｓｓｇ４  制御信号
Ｓｐｗ  電力信号
Ｓｓｐｗ  電力変更信号
Ｔｏｆｆ１、Ｔｏｆｆ２  オフ期間
Ｔｏｎ１、Ｔｏｎ２  オン期間
Ｖａｐｐｌ、Ｖａｐｐｌｖ  印加電圧
ＶＤＤ１、ＶＤＤＶ  電源
Ｖｐｅａｋ  ピーク電圧
Ｖｓｓ  接地電位
【図１】
2020124002.tif 000003
【図２】
2020124002.tif 000004
【図３】
2020124002.tif 000005
【図４】
2020124002.tif 000006
【図５】
2020124002.tif 000007
【図６】
2020124002.tif 000008
【図７】
2020124002.tif 000009
【図８】
2020124002.tif 000010
【図９】
2020124002.tif 000011
【図１０】
2020124002.tif 000012
【図１１】
2020124002.tif 000013
【図１２】
2020124002.tif 000014
【図１３】
2020124002.tif 000015
【図１４】
2020124002.tif 000016