(57)【要約】【課題】  受電装置を小型化、薄型化、または軽量化した非接触電力伝送システムを提供すること。【解決手段】  一次コイル１０と一次送電回路部１１と電圧検出部２２５を少なくとも備えた送電装置１、並びに二次コイル２０と二次通信回路部２２と二次受電回路部２１と負荷部２１４を少なくとも備えた受電装置２を有し、二次通信回路部２２より二次コイル２０を介して一次コイル１０に誘起される起電力が所定の値を超えた場合に一次送電回路部１１より一次コイル１０を介して二次コイル２０に電力伝送を行い、二次コイル２０で受電した電力は、二次受電回路部２１を介して負荷２１４に供給される非接触電力伝送システムとする。【選択図】  図１
2014011928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次コイルと一次送電回路部と電圧検出部を備えた送電装置、
並びに二次コイルと二次通信回路部と二次受電回路部と負荷部を少なくとも備えた受電装置を有し、
前記二次通信回路部より前記二次コイルを介して前記一次コイルに誘起される起電力を前記電圧検出部により検出し、
前記電圧検出部によって検出された起電力が所定の値を超えた場合に前記一次送電回路部より前記一次コイルを介して前記二次コイルに電力伝送を行い、
前記二次コイルで受電した電力は、前記二次受電回路部を介して前記負荷に供給されることを特徴とする非接触電力伝送システム。
【請求項２】
前記送電装置は、さらに一次通信回路部を備え、
前記一次通信回路部より前記一次コイル及び前記二次コイルを介して前記二次通信回路部へ通信信号を伝達し、
前記受電装置は前記通信信号に対応した認証信号を前記二次通信回路部より前記二次コイル及び前記一次コイルを介して前記一次通信回路部へ伝達し、
前記認証信号を受けた前記送電装置は、前記一次コイルに誘起される起電力を前記電圧検出部により検出し、
前記電圧検出部によって検出された起電力が所定の値を超えた場合に前記一次送電回路部より前記一次コイルを介して前記二次コイルに電力伝送を行うことを特徴とする請求項１に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項３】
前記送電装置は、前記認証信号を伝達された後、所定時間経過するまで前記電力伝送を行わず、
前記受電装置は、前記認証信号を伝達した後、前記所定時間経過する前に、前記二次コイルから前記二次通信回路部への電力伝送経路を遮断することを特徴とする請求項２に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項４】
前記電力伝送される電力は、前記電力伝送の開始時点より徐々に増加しつつ所定電力に到達し、
前記受電装置における前記二次コイルに誘起される起電力が所定の値を超えた場合には、前記二次コイルより前記二次通信回路部への電力伝送が遮断されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
【請求項５】
前記電力伝送を開始した後、前記一次コイルのインピーダンスが所定の値以上であれば前記電力伝送を停止することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送電装置より受電装置へ非接触送電を行う非接触電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
送電装置から受電装置へ電磁誘導により非接触で電力伝送を行う技術が開発されている。
【０００３】
特に送電装置における一次コイルより仮送電を行い、仮送電を受けた受電装置の二次コイルにおける誘起電圧から一次コイルと二次コイルの相対位置を検出し、一次コイルと二次コイルが電力伝送可能な対面配置になった場合に受電装置から送電装置へＩＤ認証を行い、送電装置から受電装置への送電を開始する技術が特許文献１の段落０１０４、段落０１２１、図３、図８、図１１等に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１８９２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１記載の技術では、一次コイルと二次コイルが電力伝送可能な対面配置か判断するために受電装置側からのＩＤ認証を利用しているが、受電装置に一次コイルと二次コイルの相対位置を検出する機能を実装する必要があるため、受電装置の小型化、薄型化、または軽量化が阻害されるという課題がある。
【０００６】
従って本発明の目的は、受電装置を小型化、薄型化、または軽量化した非接触電力伝送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】
上記課題を本発明は、一次コイルと一次送電回路部と電圧検出部を少なくとも備えた送電装置、並びに二次コイルと二次通信回路部と二次受電回路部と負荷部を少なくとも備えた受電装置を有し、二次通信回路部より二次コイルを介して一次コイルに誘起される起電力を電圧検出部により検出し、電圧検出部によって検出された起電力が所定の値を超えた場合に一次送電回路部より一次コイルを介して二次コイルに電力伝送を行い、二次コイルで受電した電力は、二次受電回路部を介して負荷に供給される非接触電力伝送システムにより解決する。
【０００８】
なお、送電装置は、さらに一次通信回路部を備え、一次通信回路部より一次コイル及び二次コイルを介して二次通信回路部へ通信信号を伝達し、受電装置は通信信号に対応した認証信号を二次通信回路部より二次コイル及び一次コイルを介して一次通信回路部へ伝達し、認証信号を受けた送電装置は、一次コイルに誘起される起電力を電圧検出部により検出し、電圧検出部によって検出された起電力が所定の値を超えた場合に、一次送電回路部より一次コイルを介して二次コイルに電力伝送を行う非接触電力伝送システムであってもよい。
【０００９】
また、送電装置は、認証信号を伝達された後、所定時間経過するまで電力伝送を行わず、受電装置は、認証信号を伝達した後、所定時間経過する前に、二次コイルより二次通信回路部への電力伝送経路を遮断する非接触電力伝送システムであってもよい。
【００１０】
また、電力伝送される電力は、電力伝送の開始時点より徐々に増加しつつ所定電力に到達し、受電装置における二次コイルに誘起される起電力が所定の値を超えた場合には、二次コイルより二次通信回路部への電力伝送が遮断される非接触電力伝送システムであってもよい。
【００１１】
また、電力伝送を開始した後、一次コイルのインピーダンスが所定の値以上であれば電力伝送を停止する非接触電力伝送システムであってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、受電装置を小型化、薄型化、または軽量化した非接触電力伝送システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明における実施形態１を示す回路ブロック図である。
【図２】本発明における送電判断プロセスに関する説明図である。
【図３】本発明における実施形態２を示す回路ブロック図である。
【図４】本発明における実施形態３の共振部について、その一例を示す回路図である。共振部とは、図３における共振部２２２のことである。
【図５】本発明における実施形態３でのタイムチャート及び電圧振幅波形を示す図である。
【図６】本発明における実施形態４を示す回路ブロック図である。
【図７】本発明における実施形態４でのタイムチャート及び電圧振幅波形を示す図である。
【図８】本発明における実施形態５を示す回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明における実施形態の一例について、図面と共に説明する。
【００１５】
（実施形態１）
本発明は、例えば、一次コイルと一次送電回路部と電圧検出部を少なくとも備えた送電装置、並びに二次コイルと二次通信回路部と二次受電回路部と負荷部を少なくとも備えた受電装置を有し、二次通信回路部より二次コイルを介して一次コイルに誘起される起電力が所定の値を超えた場合に一次送電回路部より一次コイルを介して二次コイルに電力伝送を行い、二次コイルで受電した電力は、二次受電回路部を介して負荷に供給される非接触電力伝送システムの実施形態を取り得る。
【００１６】
二次コイルからの通信信号により一次コイルに誘起される起電力によって一次コイルと二次コイルの位置関係を送電装置側で判定できるため、受電装置側に位置関係を判定する機能を設ける必要が無い。
【００１７】
従って、受電装置の小型化、薄型化、または軽量化が可能となり、本実施形態の構成は、受電装置が携帯電話等の携帯機器である場合に特に好適に適用される。
【００１８】
さらに、位置関係の判定が送電を担う送電装置内部で行われるため、送電可否判定を迅速に行うことができる。
【００１９】
また、受電装置が小型化、薄型化、または軽量化が必要な携帯機器等であれば、送電機能を実装しない場合が多いため、一次コイルに誤って電力伝送されることで一次コイルに過大な起電力が誘起され、不具合が生じることはない。
【００２０】
図１は、本発明における第１実施形態を示す回路ブロック図である。
【００２１】
送電装置１は、一次送電回路部１１における発振部１１１より生成した交流電圧を電力増幅部１１２により電力を増幅させ、ＬＣ並列共振回路等により構成された共振部１１３によりインピーダンス整合を行いつつ一次コイル１０に電力伝送を行う構成となっている。
【００２２】
なお、一次コイル１０に過電圧が加わることを防ぐため、電力増幅部１１２には共振部１１３に一定電圧振幅の電力を供給する電力制御機能が搭載されていることが望ましい。
【００２３】
送電装置１における一次コイル１０から受電装置２における二次コイル２０へ電磁誘導により非接触で電力伝送が行われた場合は、二次コイル２０で受電した電力が二次受電回路部２１におけるインピーダンス整合を行う共振部２１１、直流電圧に変換する整流部２１２、昇圧や降圧等の電力制御を行う電力制御部２１３を介して負荷部２１４へ電力が伝送される。
【００２４】
上記電力伝送の可否判断を行うため、受電装置２における二次通信回路部２２内の信号発信部２２１よりインピーダンス整合を行う共振部２２２を介して二次コイル２０に通信信号が伝達され、電磁誘導により送電装置１の一次コイル１０に通信信号が検出される。
【００２５】
さらに通信信号は電圧検出部１００１を介して送電制御部１１４に伝達され、送電制御部１１４において通信信号の大きさが、一次コイル１０より二次コイル２０へ電力伝送可能な閾値を超えた場合にのみ送電可能とするよう発振部１１１を制御する。
【００２６】
図２は、本発明における送電判断プロセスに関する説明図である。
【００２７】
電磁誘導による非接触電力伝送を行う場合には、電力伝送の損失による発熱や電磁ノイズ発生を防ぐため、一定以上の電力伝送効率を求められ、そのためには一次コイル１０と二次コイル２０が対面し、ある程度近接させる必要がある。
【００２８】
一方、電磁誘導による通信を行う場合には、一次コイル１０と二次コイル２０が通信信号の送受信を行う上で必要最小限の磁気結合を有していれば良く、一次コイル１０と二次コイル２０が電力伝送できない距離まで離れても通信できることとなる。
【００２９】
従って、図２に示すように、送電装置１における一次コイル１０による電力伝送可能領域Ａは、受電装置２における二次コイル２０による通信可能領域Ｂに含まれることとなる。
【００３０】
本実施形態では、受電装置２からの通信信号を送電装置１側で受信する電圧の大きさから、送電可否を判断している。
【００３１】
（実施形態２）
本発明は、さらに、送電装置が一次通信回路部を備え、一次通信回路部より一次コイル及び二次コイルを介して二次通信回路部へ通信信号を伝達し、受電装置は通信信号に対応した認証信号を二次通信回路部より二次コイル及び一次コイルを介して一次通信回路部へ伝達し、認証信号を受けた送電装置は、一次コイルに誘起される起電力が所定の値を超えた場合に一次送電回路部より一次コイルを介して二次コイルに誘導起電力による電力伝送を行う非接触電力伝送システムの実施形態を取り得る。
【００３２】
受電装置を送電装置が認証する際の通信信号を利用して一次コイルと二次コイルの位置関係を判定するため、本実施形態を非接触電力伝送システムに適用する際はわずかな設計変更で良い。
【００３３】
図３は、本発明における第２実施形態を示す回路ブロック図である。
【００３４】
実施形態１における図１とは、主に送電装置１から送電装置２への通信を可能とする一次通信回路部１２を有している点が異なる。
【００３５】
本実施形態では、以下の手順により送電装置１が受電装置２を認証する信号を利用して送電装置１が電力伝送の可否を判断する。
【００３６】
まず、送電装置１内部の一次通信回路部１２における信号発信部１２１より切替部１２２、共振部１２３を介して通信コイル１０１よりポーリング信号を一定時間ごとに発信する。
【００３７】
ここで、切替部１２２は、信号発信部１２１からの信号を共振部１２３に伝達し、共振部１２３からの信号を信号受信部１２４及び電圧検出部１００１に伝達する機能を有する。切替部１２２は、例えばサーキュレータによって構成することができる。
【００３８】
受電装置２における二次コイル２０が送電装置１からのポーリング信号を受信した場合には、ポーリング信号が二次通信回路部２２における共振部２２２及び切替部２２３を介して信号受信部２２４に伝達される。
【００３９】
ここで、切替部２２３は、共振部２２２からの信号を信号受信部２２４に伝達し、信号発信部２２１からの信号を共振部２２２に伝達する機能を有する。
【００４０】
信号受信部２２４がポーリング信号を受信した場合は、信号発信部２２１より認証信号が切替部２２３及び共振部２２２を介して二次コイル２０に伝達される。
【００４１】
送電装置１における通信コイル１０１が受電装置２からの認証信号を受信した場合には、認証信号が一次通信回路部１２における共振部１２３及び切替部１２２を介して信号受信部１２４及び電圧検出部１００１に伝達される。
【００４２】
信号受信部１２４で受信した信号は認証判断部１００２に伝達され、予め記憶された認証信号と照合し、合致する場合には送電制御部１１４に送電許可信号を伝達する。
【００４３】
信号受信部１２４で受信した信号は、電圧検出部１００１にも伝達され、認証信号の大きさが、予め一次コイル１０より二次コイル２０へ電力伝送可能な閾値を超えた場合には、電圧検出部１００１より送電制御部１１４に送電可能化信号を伝達する。
【００４４】
送電制御部１１４では、送電許可信号と送電可能化信号を受信した場合に発振部１１１を制御して実施形態１と同様の手順で電力伝送を行う。
【００４５】
なお、予め共振部１１３と送電コイル１０２の間と、二次コイル２０と共振部２１１の間にＦＥＴ等の半導体スイッチを設けておき、通信コイル１０１と二次コイル２０の間で通信を行う場合に半導体スイッチをＯＦＦとすることで回路を切り離すことにより、送電コイル１０２と二次コイル２０の交流電圧振幅を増加させ、通信感度を向上させてもよい。
【００４６】
（実施形態３）
本発明は、さらに、送電装置が、認証信号を伝達された後、所定時間経過するまで電力伝送を行わず、受電装置は、認証信号を伝達した後、所定時間経過する前に、二次コイルより二次通信回路部への電力伝送が遮断される非接触電力伝送システムの実施形態を取り得る。
【００４７】
受電装置からの通信信号により送電装置側が送電可能と判断した場合、電力伝送が行われる前に受電装置側の二次コイルから二次通信回路部を遮断することで保護する。本実施形態における回路ブロックは実施形態２における図３と同様であるが、共振部２２２に切替部２２３に電力伝送が行われることを防ぐ遮断部を設けている点が異なる。
【００４８】
図４は、本発明における第３実施形態の共振部について、その一例を示す回路図である。共振部とは、図３における共振部２２２のことである。
【００４９】
二次コイル２０両端は、端子２０１、２０２を介して共振部２２２と接続される。二次コイル２０より入力された交流電圧は、インダクタ２２２１とコンデンサ２２２２により構成された並列共振回路により電圧振幅を拡大し、端子２２２３、２２２４を介して図２における切替部２２３へ交流電圧信号が伝達される。
【００５０】
ここで、ＦＥＴ等の半導体スイッチ２２２５及びコンデンサ２２２６が並列共振回路と並列接続されており、半導体スイッチ２２２５を導通させることにより、並列共振回路の共振点を外し、二次コイル２０から切替部２２３への交流電圧信号の伝達を遮断することができる。
【００５１】
図５は、本発明における第３実施形態でのタイムチャート及び電圧振幅波形を示す図である。
【００５２】
実施形態２と同様に、送電装置１における通信コイル１０１よりポーリング信号Ｉ１が発信され、受電装置２における二次コイル２０にてポーリング信号Ｉ１を受信し、その後認証信号Ｉ２を発信する。認証信号Ｉ２を通信コイル１０１より受信した送電装置１は、実施形態２の手順で電力伝送可能と判断した場合は電力伝送Ｐを実行する。
【００５３】
ここで、上記手順を実行している間、半導体スイッチ２２２５はＯＦＦすなわち非導通の状態にあり、認証信号Ｉ２を発信した後、所定の時間ｔ２経過後に半導体スイッチ２２２５をＯＮすなわち導通状態とする。
【００５４】
送電装置１側では、認証信号Ｉ２受信後、送電開始までの時間ｔ１を、所定の時間ｔ２よりも長くすることで、受電装置２側での二次通信回路部が半導体スイッチ２２２５により保護された後に電力伝送を行うこととなる。
【００５５】
なお、図３における共振部１２３を図４の構成として図５の手順で半導体スイッチを動作させることで、電力伝送時の過電圧より一次通信回路部１２を保護してもよい。この場合は、通信コイル１０１と送電コイル１０２を１つの一次コイルに統合することが可能となる。
【００５６】
（実施形態４）
本発明は、さらに、電力伝送される電力が、電力伝送の開始時点より徐々に増加しつつ所定電力に到達し、受電装置における二次コイルに誘起される起電力が所定の値を超えた場合には、二次コイルより二次通信回路部への電力伝送が遮断される非接触電力伝送システムの実施形態を取り得る。
【００５７】
上記実施形態を取ることにより、受電装置が予期していない電力伝送が行われた場合に、二次コイルに誘起される起電力が二次通信回路部の許容上限を超える前に受電装置内部で二次コイルと二次通信回路部の接続を遮断することにより、二次通信回路部を保護することができる。
【００５８】
さらに、送電装置側から伝送される電力を電力伝送開始時点より徐々に増加させることで、許容上限を超える前に二次通信回路部の接続遮断を確実に行うことができる。
【００５９】
図６は、本発明における第４実施形態を示す回路ブロック図である。
【００６０】
図３とは、電圧検出部２２５を設けている点が異なる。
【００６１】
本実施形態では、実施形態３と同様に、少なくとも共振部２２２には図４のような半導体スイッチを設け、電力伝送時の過電圧から二次通信回路を保護する構成を取る。
【００６２】
さらに、本実施形態では共振部２２２の半導体スイッチを、二次コイル２０の電圧振幅を検出する電圧検出部２２５により制御する点が実施形態３とは異なっている。
【００６３】
図７は、本発明における第４実施形態でのタイムチャート及び電圧振幅波形を示す図である。
【００６４】
ポーリング信号Ｉ１及び認証信号Ｉ２の送受信は実施形態３と同様の手順で行う。実施形態２及び実施形態３の手順により電力伝送可能と送電装置側で判断した場合、電力伝送Ｐは、電力伝送開始後徐々に伝送電力増加させ、所定電力に到達するように行う。このように電力伝送Ｐを行うことで、二次コイルに誘起される電圧振幅も徐々に増加する。
【００６５】
上記手順を実行している間、図４における半導体スイッチ２２２５はＯＦＦすなわち非導通の状態にあり、二次コイルに誘起される電圧振幅が所定値ＶＬを越えたときに半導体スイッチ２２２５をＯＮすなわち導通状態とする。
【００６６】
このように構成することで、電力伝送Ｐにより生じる過電圧から二次通信回路部を保護することができる。
【００６７】
なお、図６における共振部１２３についても同様に一次通信回路を保護する構成を有していても良い。
【００６８】
（実施形態５）
本発明は、さらに、電力伝送を開始した後、一次コイルのインピーダンスが所定の値以上であれば電力伝送を停止する電力伝送システムの実施形態を取り得る。
【００６９】
電力伝送が正常に行われている場合には、受電装置側の負荷により伝送された電力が消費されるため、二次コイルに電力伝送を行う一次コイルのインピーダンスは所定の値を下回る。
【００７０】
一方、負荷部が二次電池であり、満充電となった場合等には、負荷部は電力伝送を受け付けなくなるため、電力伝送を行う際の一次コイルのインピーダンスは所定の値以上となる。
【００７１】
従って、電力伝送が正常に行われている場合における一次コイルのインピーダンス上限を特定し、所定の値として設定した上記実施形態を取ることで、負荷部が電力伝送を必要としない場合に電力伝送を停止し、受電装置側における過電圧等の不具合や、不必要な電力伝送による電力損失を防ぐことができる。
【００７２】
図８は、本発明における第５実施形態を示す回路ブロック図である。
【００７３】
図６とは、送電装置１にインピーダンス検出部１００３を設けている点が異なる。
【００７４】
送電コイル１０２から電力伝送を行う際に、インピーダンス検出部１００３が、例えば送電コイル１０２の交流電流振幅と交流電圧振幅の比などにより、インピーダンスを検出する。
【００７５】
インピーダンス検出部１００３で検出したインピーダンスの大きさが所定の値以上となった場合は、送電制御部１１４に電力伝送を停止する信号を伝達する。
【符号の説明】
【００７６】
送電装置  １
受電装置  ２
一次コイル  １０
一次送電回路部  １１
一次通信回路部  １２
二次コイル  ２０
二次受電回路部  ２１
二次通信回路部  ２２
通信コイル  １０１
送電コイル  １０２
発振部  １１１
電力増幅部  １１２
共振部  １１３、１２３、２１１、２２２
送電制御部  １１４
信号発信部  １２１、２２１
切替部  １２２、２２３
信号受信部  １２４、２２４
端子  ２０１、２０２、２２２３、２２２４
整流部  ２１２
電力制御部  ２１３
負荷部  ２１４
電圧検出部  ２２５
電圧検出部  １００１
認証判断部  １００２
インピーダンス検出部  １００３
インダクタ  ２２２１
コンデンサ  ２２２２、２２２６
半導体スイッチ  ２２２５
電力伝送可能領域  Ａ
通信可能領域  Ｂ
時間  ｔ１、ｔ２
ポーリング信号  Ｉ１
認証信号  Ｉ２
電力伝送  Ｐ
所定値  ＶＬ
【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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【図８】
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