(57)【要約】【課題】例えば電波干渉対策のために共振周波数をずらしたとき、直列共振回路の素子に高電圧をかかり難くすることができる非接触充電器を提供する。【解決手段】非接触充電器１は、電波送信時、電波がラジオ等にノイズとして入ることを検出すると、ＬＣ直列共振回路５の共振周波数を切り替える。このとき、充電器制御部４は、主電源をリセットすることにより、非接触充電器１の電源を一旦、オフする。電源再投入後、充電器制御部４は、切替スイッチ１４をオフしてＬＣ直列共振回路５の共振周波数を切り替えるとともに、スイッチ部６を制御することにより、ＬＣ直列共振回路５の動作周波数を、電源投入後の周波数設定の初期値（例えば175kHz）から変化させていき、被充電物が必要としている周波数に設定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列共振回路のアンテナから、被充電物が必要とする動作周波数で電波を送信して、当該被充電物を非接触により充電する非接触充電器において、
前記直列共振回路の共振周波数の変更の必要性を判断する共振周波数変更判断部と、
前記共振周波数の変更の必要性があると判断されたとき、前記直列共振回路の電源を一旦、オフする電源オフ切替部と、
前記直列共振回路の特性値を切り替えることにより、前記共振周波数を変更しつつ、前記電源の再投入後、前記直列共振回路の動作周波数を、前記直列共振回路の素子にかかる電圧が共振周波数変更前よりも低い値となる基準値から、前記被充電物が必要とする周波数に変化させる動作制御部と
を備えたことを特徴とする非接触充電器。
【請求項２】
前記直列共振回路は、並列接続された複数のコンデンサを備え、
前記動作制御部は、複数の前記コンデンサのうち、あるコンデンサに接続されたスイッチのオンオフを切り替えることにより、前記共振周波数を変更する
ことを特徴とする請求項１に記載の非接触充電器。
【請求項３】
前記基準値は、前記直列共振回路の共振周波数よりも高い値に設定されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の非接触充電器。
【請求項４】
前記電源オフ切替部は、前記直列共振回路の動作を制御する充電器制御部の電源をリセットすることにより、前記直列共振回路の電源を一旦、オフする
ことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の非接触充電器。
【請求項５】
前記動作周波数が前記基準値のときに前記直列共振回路の素子にかかる電圧は、充電の通信において前記被充電物の制御部がウェイクアップすることのできる最小の電圧に設定されている
ことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の非接触充電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被充電物を非接触により充電する非接触充電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば高機能携帯電話等の端末を非接触により充電する非接触充電器が周知である（例えば、特許文献１等参照）。非接触充電器は、例えば電磁誘導によって充電電波を端末に送信して、端末を非接触充電する。非接触充電器は、動作周波数（充電周波数）を例えば110〜205kHz（車載用は135〜205kHz）の間で変更することにより、最適な送信電力を設定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−７２８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図６に、非接触充電器における直列共振回路の周波数特性図を示す。非接触充電器の動作周波数は、コイルＬ及びコンデンサＣからなる直列共振回路の出力特性、いわゆる直列共振カーブに基づく。但し、直列共振カーブは、非接触充電器と被充電物との間のアンテナ結合に応じて様々な波形に変化する。非接触充電器は、被充電物が載置されたことを検出すると、例えば充電開始の規定値として設定されている周波数（例えば175kHz）から最適な周波数を探査し、その最適周波数で充電を実行する。例えば、被充電物の電池残量が少なければ、動作周波数を低くして送信電力を大きくし、被充電物の電池残量が多ければ、動作周波数を高くして送信電力を小さくする。
【０００５】
ところで、例えば非接触充電器が車載されるなどした場合、非接触充電器から送信される電波がラジオにノイズとして入ってしまうことがある。こうなると、ラジオの音声にノイズが重畳され、クリアな音声を聞くことができなくなってしまう。
【０００６】
図７に示すように、この対策としては、例えば非接触充電器において直列共振回路の共振周波数を所定値（例えば5kHz程度）ずらすことが検討されている。例えば、共振周波数が122kHzで動作周波数が135kHzで充電を実行しているとき、共振周波数を127kHzにずらしたとすると、必要共振電圧を目指して動作周波数が135kHz→140kHzに変化する。即ち、直列共振回路の素子にかかる共振電圧は、同図の矢印のように、一時的に増加した後、下がっていく変化をとる。よって、共振周波数をずらしたとき、直列共振回路のコンデンサに一時的に高電圧がかかる可能性があり、故障等の懸念があった。
【０００７】
本発明の目的は、例えば電波干渉対策のために共振周波数をずらしたとき、直列共振回路の素子に高電圧をかかり難くすることができる非接触充電器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記問題点を解決する非接触充電器は、直列共振回路のアンテナから、被充電物が必要とする動作周波数で電波を送信して、当該被充電物を非接触により充電する構成において、前記直列共振回路の共振周波数の変更の必要性を判断する共振周波数変更判断部と、前記共振周波数の変更の必要性があると判断されたとき、前記直列共振回路の電源を一旦、オフする電源オフ切替部と、前記直列共振回路の特性値を切り替えることにより、前記共振周波数を変更しつつ、前記電源の再投入後、前記直列共振回路の動作周波数を、前記直列共振回路の素子にかかる電圧が共振周波数変更前よりも低い値となる基準値から、前記被充電物が必要とする周波数に変化させる動作制御部とを備えた。
【０００９】
本構成によれば、例えば、ある共振周波数で非接触充電器から電波を送信するとき、電波が他の機器に干渉することがある。電波干渉を解消するために、非接触充電器の共振周波数を変更する必要がある。共振周波数を変更するとき、直列共振回路の電源を一旦、オフしてから動作を再開する。このため、電源再投入後、動作周波数を調整するとき、直列共振回路の素子には、共振周波数変更前よりも低い値を始点に、この値から徐々に増加していく電圧がかかる。よって、直列共振回路の素子に高い電圧がかかることがないので、直列共振回路の素子に故障を生じ難くすることが可能となる。
【００１０】
前記非接触充電器において、前記直列共振回路は、並列接続された複数のコンデンサを備え、前記動作制御部は、複数の前記コンデンサのうち、あるコンデンサに接続されたスイッチのオンオフを切り替えることにより、前記共振周波数を変更することが好ましい。この構成によれば、複数のコンデンサを用意し、どのコンデンサを有効とするかにより、直列共振回路の共振周波数を変更する。よって、簡素な回路で共振周波数を変更することが可能となる。
【００１１】
前記非接触充電器において、前記基準値は、前記直列共振回路の共振周波数よりも高い値に設定されていることが好ましい。この構成によれば、直列共振回路の電圧−周波数特性、つまり直列共振カーブは、共振周波数のときに電圧が頂点となる放物線を描く。よって、基準値を共振周波数よりも高い値に設定しておけば、基準値のときに直列共振回路にかかる電圧を、低い側の値に設定しておくことが可能となる。
【００１２】
前記非接触充電器において、前記電源オフ切替部は、前記直列共振回路の動作を制御する充電器制御部の電源をリセットすることにより、前記直列共振回路の電源を一旦、オフすることが好ましい。この構成によれば、例えばＩＣをリセットするという簡素な処理によって、直列共振回路の電源を一旦、オフすることが可能となる。
【００１３】
前記非接触充電器において、前記動作周波数が前記基準値のときに前記直列共振回路の素子に印加される電圧は、充電の通信において前記被充電物の制御部がウェイクアップすることのできる最小の電圧に設定されていることが好ましい。この構成によれば、直列共振回路の電源再投入時、直列共振回路には例えば「０」付近の共振電圧しかかからないので、電源再投入時、直列共振回路にいきなり高い電圧をかけてしまう心配がない。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、非接触充電器において、例えば電波干渉対策のために共振周波数をずらしたとき、直列共振回路の素子に高電圧をかかり難くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態の非接触充電器に高機能携帯電話が載置された状態の斜視図。
【図２】非接触充電器の電気構成を示す回路図。
【図３】共振周波数を切り替える前の非接触充電器の周波数特性図。
【図４】共振周波数が切り替えられた後の非接触充電器の回路図。
【図５】共振周波数が切り替えられた後の非接触充電器の周波数特性図。
【図６】対策前の非接触充電器の周波数特性図。
【図７】対策前の非接触充電器において共振周波数を切り替えたときの周波数特性図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、非接触充電器の一実施形態を図１〜図５に従って説明する。
図１に示すように、非接触充電器１は、上面の載置面２に載置された端末３のバッテリを非接触により充電する機器である。充電の無線通信は、例えばWPC（Wireless Power Consortium）の規格に沿った通信が採用されている。非接触充電器１は、載置面２に端末３が載置されていないとき、定期的に搬送波を間欠送信する。端末３が非接触充電器１に近接すると、端末３は搬送波受信し、その応答として変調波を返す。非接触充電器１は、搬送波に対する応答を確認すると、充電電波Ｓｖの無線送信を開始し、端末３のバッテリを非接触充電する。なお、端末３が被充電物の一例である。
【００１７】
図２に示すように、非接触充電器１には、非接触充電器１の動作を制御する充電器制御部４と、共振によって電波を送受信するＬＣ直列共振回路５と、ＬＣ直列共振回路５の動作周波数（充電周波数）を切り替えるスイッチ部６とが設けられている。ＬＣ直列共振回路５は、非接触充電器１のアンテナとなる１つのコイル７と、このコイル７に対して直列接続されたコンデンサ群８とを備える。コンデンサ群８は、並列接続された２つのコンデンサ９，１０からなる。スイッチ部６は、一対の切替スイッチ１１，１２を備え、その中点がＬＣ直列共振回路５（コイル７）に繋がる。なお、コイル７、コンデンサ群８（コンデンサ９，１０）が素子の一例であり、コンデンサ群８の静電容量成分（キャパシタンス）が特性値の一例である。
【００１８】
充電器制御部４には、スイッチ部６のオンオフの切替速度を制御することにより、送信電波の動作周波数を設定する動作周波数設定部１３が設けられている。動作周波数設定部１３は、スイッチ部６の切替スイッチ１１，１２を交互にオンすることにより、ＬＣ直列共振回路５にパルス信号を入力し、コイル７から交流波形の電波を送信させる。動作周波数設定部１３は、スイッチ部６の切替スイッチ１１，１２の切替速度（切替回数）を制御することにより、送信電波の動作周波数を切り替える。動作周波数が高ければ、送信電力は小さくなり、動作周波数が低ければ、送信電力が大きくなる。
【００１９】
第２コンデンサ１０とグランドとの間には、第２コンデンサ１０の有効又は無効を切り替える切替スイッチ１４が接続されている。ＬＣ直列共振回路５は、切替スイッチ１４がオンのとき、コイル７及びコンデンサ９，１０から構築される共振回路となり、切替スイッチ１４がオフのとき、コイル７及び第１コンデンサ９から構築される共振回路となる。
【００２０】
充電器制御部４には、共振周波数の変更の必要性を判断する共振周波数変更判断部１５が設けられている。共振周波数変更判断部１５は、例えば車載されたラジオにノイズが入るか否かを確認することにより、共振周波数の変更の必要性を判断する。例えば、ラジオにノイズが入ることを車載器が確認すると、車載器がノイズ有りの通知を共振周波数変更判断部１５に出力し、この通知の入力を以て、共振周波数変更判断部１５がノイズ有りを認識する。
【００２１】
充電器制御部４には、共振周波数変更判断部１５の判断結果を基に、非接触充電器１の電源（主電源）を制御する主電源制御部１６が設けられている。主電源制御部１６は、共振周波数を変更すべきと共振周波数変更判断部１５によって判断されると、非接触充電器１の電源を一旦オフ、つまりリセットする。主電源制御部１６は、例えば充電器制御部４にかかる電圧、つまりＬＣ直列共振回路５を制御するＩＣ自体の電源を落とすことにより、非接触充電器１の主電源を一旦、オフする。なお、主電源制御部１６が電源オフ切替部の一例である。
【００２２】
充電器制御部４には、主電源がリセットされた後、充電動作を再開させる動作制御部１８が設けられている。動作制御部１８は、切替スイッチ１４をオフすることにより、ＬＣ直列共振回路５をコイル７及び第１コンデンサ９から構築される回路とした上で、充電動作を再開させる。主電源の再投入後、動作周波数設定部１３は、電源投入後の規定の動作として、電源オン時の周波数調整のスタート点となる初期値Ｆ０（例えば175kHz）から、動作周波数の調整を開始する。なお、初期値Ｆ０が基準値の一例である。
【００２３】
次に、図２〜図５を用いて、非接触充電器１の動作を説明する。
［通常の充電動作］
図２に示すように、充電器制御部４は、例えば車両のイグニッションスイッチがＡＣＣオンやＩＧオン操作されると起動し、通常、切替スイッチ１４をオンしておく。これにより、ＬＣ直列共振回路５は、コイル７と並列のコンデンサ９，１０とが直列接続された回路をとる。この場合、ＬＣ直列共振回路５の共振周波数は、例えば122kHzに設定される。
【００２４】
図３は、コンデンサ群８に印加される共振電圧Ｖｒと動作周波数との関係を示した周波数特性図である。なお、共振電圧Ｖｒは、コイル７及びコンデンサ群８の間の中点Ｐ（図１等参照）に発生する電圧である。直列共振の場合、共振電圧−動作周波数の特性、つまり動作周波数に対する共振電圧Ｖｒの変化波形である共振カーブは、共振ピークがカーブの頂点に位置する（上に凸を有する）放物線を描く。また、充電開始の基準値は、共振周波数のピークよりも高い値に設定されている。
【００２５】
初期値Ｆ０で電波送信している非接触充電器１に端末３がかざされると、非接触充電器１及び端末３の間の通信が確立して、非接触充電器１が端末３のバッテリの充電を開始する。動作周波数設定部１３は、充電開始時の動作周波数として予め規定された初期値Ｆ０（例えば175kHz）をスタート点として動作周波数を調整する。このとき、動作周波数設定部１３は、中点ｐの共振電圧Ｖｒが、端末３の充電に要求される電圧（いわゆる、必要共振電圧）となるように、動作周波数を合わせ込む。具体的には、動作周波数設定部１３は、端末３のバッテリ残量が少なければ、スイッチ部６の切替速度を遅くすることにより、動作周波数を低めに設定する。これにより、送信電力が大きくなり、充電速度が速くなる。一方、動作周波数設定部１３は、端末３のバッテリ残量が多ければ、スイッチ部６の切替速度を速くすることにより、動作周波数を高めに設定する。これにより、送信電力が小さくなり、充電速度が遅くなる。ちなみに、図３の場合は、必要共振電圧がＶr1、動作周波数が135kHzの例を示す。
【００２６】
端末３は、バッテリが満充電となったことを検出すると、充電完了通知を変調波によって非接触充電器１に送信する。非接触充電器１は、端末３から充電完了通知を受信すると、充電電波Ｓｖの送信を停止し、充電動作を終了する。
【００２７】
［共振周波数切り替えを伴う充電動作］
図４に示すように、共振周波数変更判断部１５は、例えばラジオにノイズが入ることを確認するなどして共振周波数の変更の必要性を認識すると、主電源オフ要求を主電源制御部１６に出力する。主電源制御部１６は、共振周波数変更判断部１５から主電源オフ要求を入力すると、非接触充電器１の主電源を、オンからオフに一旦切り替える。これにより、非接触充電器１がリセットされ、再起動されることなる。
【００２８】
再起動後、動作制御部１８は、切替スイッチ１４をオフし、ＬＣ直列共振回路５の共振周波数を切り替た上で、動作周波数の調整を動作周波数設定部１３に開始させる。なお、切替スイッチ１４がオフされると、ＬＣ直列共振回路５がコイル７及び第１コンデンサ９から構築される回路となり、の共振周波数が例えば122kHz→127kHz切り替わる。動作周波数設定部１３は、共振周波数が127kHzのＬＣ直列共振回路５において、動作周波数の設定を開始する。
【００２９】
図５に示すように、動作周波数設定部１３は、電源再投入時、初期値Ｆ０（例えば175kHz）をスタート点として動作周波数の調整を開始する。電源投入時は、動作周波数の調整が初期値Ｆ０から開始されるように予め規定されている。動作周波数設定部１３は、このときの必要共振電圧がＶr1であるので、共振電圧Ｖｒが必要共振電圧Ｖr1となるように動作周波数を設定する。このため、共振電圧Ｖｒは「０」付近から徐々に増加して必要共振電圧Ｖr1に至る電圧変化をとるので、第１コンデンサ９に高電圧がかかることはない。よって、共振周波数の切り替え時、第１コンデンサ９にショート故障等を生じ難くすることが可能となる。
【００３０】
本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１）非接触充電器１の電波がラジオ等にノイズとして入るとき、非接触充電器１の共振周波数を切り替える。このとき、非接触充電器１の主電源を一旦オフ、つまりリセットし、電源再投入後、切り替えた共振周波数による充電を再開する。非接触充電器１は、電源が投入されたとき、スイッチ部６の切替速度を制御することにより、動作周波数を初期値Ｆ０から変化させていき、端末３が必要とする周波数に設定する。即ち、ＬＣ直列共振回路５の素子には、最初、低い電圧がかかり、動作周波数の変化に伴って電圧が増加される。よって、共振周波数の切り替え時、ＬＣ直列共振回路５の第１コンデンサ９に高電圧がかからずに済むので、第１コンデンサ９にショート故障等を生じ難くすることができる。
【００３１】
（２）ＬＣ直列共振回路５は、複数の第１コンデンサ９及び第２コンデンサ１０を備え、第２コンデンサ１０の有効／無効を切替スイッチ１４によって設定することにより、共振周波数を切り替える。よって、共振周波数が可変のＬＣ直列共振回路５を、簡素な回路とすることができる。
【００３２】
（３）ＬＣ直列共振回路５の直列共振カーブは、共振周波数のときに共振電圧Ｖｒが頂点となる放物線を描く。よって、初期値Ｆ０が共振周波数よりも高い値に設定されていれば、電源投入時に行う動作周波数の設定のとき、設定の最初に第１コンデンサ９にかかる電圧が、必然的に低い値に設定されることとなる。
【００３３】
（４）ＬＣ直列共振回路５の電源を落とす動作は、非接触充電器１の主電源をリセットすることにより実現する。よって、非接触充電器１の主電源をリセットするという簡素な処理によって、ＬＣ直列共振回路５の電源をオフすることができる。
【００３４】
（５）初期値Ｆ０のときの共振電圧Ｖｒは、「０」付近の値に設定されている。よって、非接触充電器１の電源投入時、ＬＣ直列共振回路５には「０」付近の電圧しかかからないので、ＬＣ直列共振回路５にいきなり高い電圧をかけてしまう心配がない。
【００３５】
なお、実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
・非接触充電器１に例えばNFC（Near Field Communication）等の通信機能を設けて、充電中の端末３と近距離無線通信を可能としてもよい。この場合、非接触充電器１から車両情報を近距離無線によって端末３に無線送信し、端末３にガソリン残量、車載バッテリ残量、タイヤ空気圧等を画面表示させてもよい。
【００３６】
・コンデンサ群８は、コンデンサが２つ並列接続された回路に限らず、例えばコンデンサが３つ以上並列接続された回路でもよい。ｓ
・充電器制御部４の電源は立ち上がったまま、ＬＣ直列共振回路５の電源のみ落とすようにしてもよい。
【００３７】
・共振周波数の変更の必要性の判断は、充電の電波がラジオに入るか否かを判断する形式に限定されず、種々の態様に変更可能である。
・初期値Ｆ０は、共振周波数よりも高い側の値に限らず、例えば共振周波数よりも低い側の値としてもよい。
【００３８】
・基準値は、初期値Ｆ０に限らず、種々の他の値が適用可能である。
・切替スイッチ１４は、トランジスタ等を使用してもよい。
・電源再投入時、目標とする共振電圧Ｖｒは、主電源をオフする前と同じ値に限らず、異なっていてもよい。
【００３９】
・共振周波数の切り替えと主電源のオフとを同時に実行してもよい。
・共振周波数の切り替え時、非接触充電器１をシャットダウンしてもよい。この場合、再起動のトリガは他のＩＣから取得することになる。
【００４０】
・非接触充電器１の電源は投入されたままで、直列共振回路５の電源のみ落とすようにしてもよい。
・可変式の静電容量（コンデンサ）とし、この静電容量の値を切り替えることにより、ＬＣ直列共振回路５の共振周波数を変更してもよい。
【００４１】
・素子は、コイル７、コンデンサ群８（コンデンサ９，１０）に限らず、例えばコイルや抵抗などに変更してもよい。同様に、特性値は、静電容量成分（キャパシタンス）に限らず、レジスタンスやインダクタンスでもよい。
【００４２】
・被充電物である端末３は、高機能携帯電話に限らず、タブレット端末など、種々の機器が適用可能である。
・非接触充電器１は、車載用に限らず、種々のシステムや機器に適用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１…非接触充電器、３…被充電物としての端末、４…充電器制御部、５…直列共振回路（ＬＣ直列共振回路）、８…特性値としてのコンデンサ群、９，１０…コンデンサ（第１コンデンサ、第２コンデンサ）、１４…切替スイッチ、１５…共振周波数変更判断部、１６…電源オフ切替部としての主電源制御部、１８…動作制御部、Ｆ０…基準値としての初期値。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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