(57)【要約】【課題】２次側に置かれる装置・機器と異物との判定を複雑な回路の追加を行うことなく、高精度に行うことができる送電装置を提供することを目的とする。【解決手段】共振回路を駆動する信号の駆動周波数を設定する制御部５ａと、制御部５ａの設定に基づいて、３つ以上の駆動周波数で共振回路を駆動するインバータ部２と、共振回路の駆動波形を検出する波形モニタ部４とを備える。制御部５ａは、記憶部５ｂに格納されたプログラムの手順にしたがって、３つ以上の駆動周波数を設定して、駆動波形検出部によって検出されるそれぞれの駆動周波数における信号データを比較して、その比較結果に基づいて、受電装置５０を検出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振回路を用いて非接触で受電装置と電力の伝送を行う送電装置において、
上記共振回路を駆動する信号の駆動周波数を設定する制御部と、
上記制御部の設定に基づいて、３つ以上の駆動周波数で上記共振回路を駆動する駆動部と、
上記共振回路の駆動波形を検出する駆動波形検出部とを備え、
上記制御部は、３つ以上の駆動周波数を設定して、上記駆動波形検出部によって検出されるそれぞれの駆動周波数における信号データを比較して、その比較結果に基づいて、上記受電装置を検出することを特徴とする送電装置。
【請求項２】
上記制御部は、      
上記受電装置からの要求に基づく電力の伝送を行う送電モードと、
上記受電装置の有無を検出する検出モードとを有しており、
上記検出モードでは、上記電力の伝送を行わないことを特徴とする請求項１記載の送電装置。
【請求項３】
検出される上記信号データは、上記共振回路の電流値又は電圧値であることを特徴とする請求項１又は２記載の送電装置。
【請求項４】
上記制御部は、上記共振回路の共振周波数を複数設定し、
上記共振周波数は、上記３つ以上の駆動周波数のそれぞれに対応して設定されることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の送電装置。
【請求項５】
上記制御部は、各共振周波数における上記電流又は上記電圧のうちの最大値をそれぞれ比較することによって、上記受電装置を検出することを特徴とする請求項４記載の送電装置。
【請求項６】
上記制御部は、上記駆動周波数として、３つの周波数を順次設定して上記信号データを測定し、
第１の駆動周波数は、第２の駆動周波数よりも高い周波数であり、第３の駆動周波数よりも低い周波数であり、
上記第１の駆動周波数は、上記第２及び第３の駆動周波数が設定され、信号データが測定された後に設定されて、対応する信号データが測定されることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の送電装置。
【請求項７】
共振回路を用いて非接触で受電装置又は他の送受電装置と電力の伝送を行う送受電装置において、
上記共振回路を駆動する信号の駆動周波数を設定する制御部と、
上記制御部の設定に基づいて、３つ以上の駆動周波数で上記共振回路を駆動する駆動部と、
上記共振回路の駆動波形を検出する駆動波形検出部とを備え、
上記制御部は、３つ以上の駆動周波数を設定して、上記駆動波形検出部によって検出されるそれぞれの駆動周波数における信号データを比較して、その比較結果に基づいて、送受信を行う上記受電装置又は他の送受電装置を検出することを特徴とする送受電装置。
【請求項８】
上記制御部は、
上記受電装置又は他の送受電装置からの要求に基づく電力の伝送を行う送電モードと、
上記他の受電装置又は送受電装置を検出する検出モードとを有しており、
上記検出モードでは、上記電力の伝送を行わないことを特徴とする請求項７記載の送受電装置。
【請求項９】
検出される上記信号データは、上記共振回路の電流値又は電圧値であることを特徴とする請求項７又は８記載の送受電装置。
【請求項１０】
上記制御部は、上記共振回路の共振周波数を複数設定し、
上記共振周波数は、上記３つ以上の駆動周波数のそれぞれに対応して設定されることを特徴とする請求項７〜９いずれか１項記載の送受電装置。
【請求項１１】
上記制御部は、各共振周波数における上記電流又は上記電圧のうちの最大値をそれぞれ比較することによって、上記受電装置を検出することを特徴とする請求項１０記載の送受電装置。
【請求項１２】
上記制御部は、上記駆動周波数として、３つの周波数を順次設定して上記信号データを測定し、
第１の駆動周波数は、第２の駆動周波数よりも高い周波数であり、第３の駆動周波数よりも低い周波数であり、
上記第１の駆動周波数は、上記第２及び第３の駆動周波数が設定され、信号データが測定された後に設定されて、対応する信号データが測定されることを特徴とする請求項７〜１１いずれか１項記載の送受電装置。
【請求項１３】
共振回路を用いて非接触で送電装置から受電装置に電力の伝送を行う場合に、該受電装置の有無を検出する受電装置検出方法において、
制御部によって、上記共振回路を駆動する信号の駆動周波数を設定し、
駆動部によって、上記制御部の設定に基づいて、３つ以上の駆動周波数で上記共振回路を駆動し、
駆動波形検出部によって、上記共振回路の駆動波形を検出し、
上記制御部は、３つ以上の駆動周波数を設定して、上記駆動波形検出部によって検出されるそれぞれの駆動周波数における信号データを比較して、その比較結果に基づいて、上記受電装置を検出することを特徴とする受電装置検出方法。
【請求項１４】
上記制御部は、
上記他の受電装置又は送受電装置からの要求に基づく電力の伝送を行う送電モードと、
上記他の受電装置又は送受電装置を検出する検出モードとを有しており、
上記検出モードでは、上記電力の伝送を行わないことを特徴とする請求項１３記載の受電装置検出方法。
【請求項１５】
検出される上記信号データは、上記共振回路の電流値又は電圧値であることを特徴とする請求項１３又は１４記載の受電装置検出方法。
【請求項１６】
上記制御部は、上記共振回路の共振周波数を複数設定し、
上記共振周波数は、上記３つ以上の駆動周波数のそれぞれに対応して設定されることを特徴とする請求項１３〜１５いずれか１項記載の受電装置検出方法。
【請求項１７】
上記制御部は、各共振周波数における上記電流又は上記電圧のうちの最大値をそれぞれ比較することによって、上記受電装置を検出することを特徴とする請求項１６記載の受電装置検出方法。
【請求項１８】
上記制御部は、上記駆動周波数として、３つの周波数を順次設定して上記信号データを測定し、
第１の駆動周波数は、第２の駆動周波数よりも高い周波数であり、第３の駆動周波数よりも低い周波数であり、
上記第１の駆動周波数は、上記第２及び第３の駆動周波数が設定され、信号データが測定された後に設定されて、対応する信号データが測定されることを特徴とする請求項１３〜１７いずれか１項記載の受電装置検出方法。
【請求項１９】
プログラムを格納する記憶部と、格納されたプログラムを展開して実行する処理ユニットを有する制御部とを備える非接触充電用の受電装置検出プログラムであって、共振回路を用いて非接触で送電装置から受電装置に電力の伝送を行う場合に、該受電装置の有無を検出する受電装置検出プログラムにおいて、
上記制御部によって、上記共振回路を駆動する信号の駆動周波数を設定するステップと、
駆動部によって、上記制御部の設定に基づいて、３つ以上の駆動周波数で上記共振回路を駆動するステップと、
駆動波形検出部によって、上記共振回路の駆動波形を検出するステップとを有し、
上記制御部は、３つ以上の駆動周波数を設定して、上記駆動波形検出部によって検出されるそれぞれの駆動周波数における信号データを比較して、その比較結果に基づいて、上記受電装置を検出することを特徴とする受電装置検出プログラム。
【請求項２０】
上記制御部は、
上記他の受電装置又は送受電装置からの要求に基づく電力の伝送を行う送電モードと、
上記他の受電装置又は送受電装置を検出する検出モードとを有しており、
上記検出モードでは、上記電力の伝送を行わないことを特徴とする請求項１９記載の受電装置検出プログラム。
【請求項２１】
検出される上記信号データは、上記共振回路の電流値又は電圧値であることを特徴とする請求項１９又は２０記載の受電装置検出プログラム。
【請求項２２】
上記制御部は、上記共振回路の共振周波数を複数設定し、
上記共振周波数は、上記３つ以上の駆動周波数のそれぞれに対応して設定されることを特徴とする請求項１９〜２１いずれか１項記載の受電装置検出プログラム。
【請求項２３】
上記制御部は、各共振周波数における上記電流又は上記電圧のうちの最大値をそれぞれ比較することによって、上記受電装置を検出することを特徴とする請求項２２記載の受電装置検出プログラム。
【請求項２４】
上記制御部は、上記駆動周波数として、３つの周波数を順次設定して上記信号データを測定し、
第１の駆動周波数は、第２の駆動周波数よりも高い周波数であり、第３の駆動周波数よりも低い周波数であり、
上記第１の駆動周波数は、上記第２及び第３の駆動周波数が設定され、信号データが測定された後に設定されて、対応する信号データが測定されることを特徴とする請求項１９〜２３いずれか１項記載の受電装置検出プログラム。
【請求項２５】
請求項１９〜２４いずれか１項に記載された受電装置検出プログラムを格納する記憶部を備える半導体装置。
【請求項２６】
上記受電電力調整プログラムを展開して実行する制御部を更に備える請求項２５記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触通信装置から電力を送電又は受電する送電装置、送受電装置、受電装置検出方法、受電装置検出プログラム、及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁誘導を利用した非接触通信技術は、ＦｅｌｉＣａ（登録商標）、Ｍｉｆａｒｅ（登録商標）やＮＦＣ（Near Field Communication）等のＩＣカードに盛んに適用されるようになってきた。近年では、Ｑｉフォーマットに代表されるような非接触充電（給電）技術にも適用され、広がりを見せている。非接触充電技術の分野では、携帯情報端末への適用に加え、電気自動車等に適応すべく磁界共鳴方式と呼ばれるより離れた距離でも電力を伝送できる技術の開発も活発である。実際には、電磁誘導方式においても、磁気共鳴方式においても、電力の送電・受電には共振回路を用いるので、これらを同等に扱うことができる。
【０００３】
ところで、非接触ＩＣカードとリーダライタ間のような非接触通信においても、比較的大電力の送電・受電を行う非接触充電と同様に、１次側（リーダライタ、あるいは送電装置）から２次側（非接触ＩＣカード、あるいは受電装置）へ電力を伝送する必要がある。その場合に、１次側の２次側に電力を伝送すべき相手（ＩＣカード、又は受電装置）があるか否かを認識する必要がある。さらに、２次側に相手があったとしても、その相手が電力を伝送する正しい相手なのかを認識する必要がある。たとえば図１６に示すように、１次側が２次側に検出信号を送信することによって、２次側をアクティベートし（ステップＳ２０）、２次側の装置・機器は、送信されてきた信号を電力として起動し、１次側に対して応答する（ステップＳ２１）。その後、１次側の装置は、２次側の装置・機器に対して機器認証のための信号を送出し、２次側からの認証応答及び要求電力応答を待つ（ステップＳ２２）。１次側の装置は、２次側の装置・機器が認証できれば、要求電力を送電する受電モードに入り、認証不可であれば、動作停止等のエラー処理を行う（ステップＳ２３）。それぞれの非接触通信システムや非接触充電システムでは、このような電力伝送のプロトコルに工夫がされている。
【０００４】
ここで、１次側の装置は、２次側の装置・機器が、いつ１次側の通信エリアに入ってくるかわからないので、常に一定の間隔でポーリングと呼ばれる２次側の装置・機器を検出するための信号を発生し、送出している。
【０００５】
このように常時ポーリングを行うと、バッテリで動作する携帯電話やスマートフォン等では、消費電力が増大してしまうので、極力少ない電力消費で２次側の装置・機器の検出を行うようにしたいとの要求が強い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−０３３７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ポーリング動作による電力消費を抑えるためには、ポーリング周期を長くする、あるいはポーリングの送信電力の出力を下げる等の方策が考えられる。しかしながら、ポーリング周期を長くすれば、検出時間が長くなり、送信電力を下げれば、検出範囲が狭くなってしまう。
【０００８】
２次側の応答を待たずに、２次側の装置・機器の検出を行うようにすれば、ポーリング当たりの送信時間を短くすることができる。
【０００９】
２次側の装置・機器が１次側の装置の通信エリア内に入ると、１次側と２次側の磁気的結合が生じ、１次側のアンテナに流れる電流が小さくなったり、電流波形が変化する。しかしながら２次側に金属板等の異物であっても、磁気結合をするので、１次側の波形変化を生じてしまう。このような電力を伝送すべきでない相手に対して、１次側の装置が「異物」と認識して送電を行わないようにする必要がある。
【００１０】
たとえば特許文献１では、上述のような１次側の電流が変化する特性を利用して、２次側の金属等の異物を検出する技術が開示されている。しかしながら、この方法では、１次側の共振周波数と通常動作時の動作周波数との間の周波数において、アンテナに流れる電流波形の相違を検出するために、電流波形を取得し、判定をする回路の構成が複雑になるとの問題がある。また、２次側に置かれる装置・機器の有する共振周波数のばらつきや変動に対して補正するためにさらに回路が複雑になり、調整が困難になるとの問題がある。
【００１１】
そこで、本発明は、２次側に置かれる装置・機器と異物との判定を複雑な回路の追加を行うことなく、高精度に行うことができる送電装置、送受電装置、受電装置検出方法、受電装置検出プログラム、及び半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決するための手段として、本発明の一実施形態に係る送電装置は、共振回路を用いて非接触で受電装置と電力の伝送を行う送電装置である。この送電装置は、共振回路を駆動する信号の駆動周波数を設定する制御部と、制御部の設定に基づいて、３つ以上の駆動周波数で共振回路を駆動する駆動部と、共振回路の駆動波形を検出する駆動波形検出部とを備える。そして、制御部は、３つ以上の駆動周波数を設定して、駆動波形検出部によって検出されるそれぞれの駆動周波数における信号データを比較して、その比較結果に基づいて、受電装置を検出する。
【００１３】
また、本発明の他の実施の形態に係る送受電装置は、共振回路を用いて非接触で受電装置又は他の送受電装置と電力の伝送を行う送受電装置である。この送受電装置は、共振回路を駆動する信号の駆動周波数を設定する制御部と、制御部の設定に基づいて、３つ以上の駆動周波数で共振回路を駆動する駆動部と、共振回路の駆動波形を検出する駆動波形検出部とを備える。そして、制御部は、３つ以上の駆動周波数を設定して、駆動波形検出部によって検出されるそれぞれの駆動周波数における信号データを比較して、その比較結果に基づいて、受電装置又は他の送受電装置を検出する。
【００１４】
本発明の他の実施の形態に係る受電装置検出方法は、共振回路を用いて非接触で送電装置から受電装置に電力の伝送を行う場合に、受電装置の有無を検出する受電装置検出方法である。この受電装置検出方法は、制御部によって、共振回路を駆動する信号の駆動周波数を設定し、駆動部によって、制御部の設定に基づいて、３つ以上の駆動周波数で共振回路を駆動し、駆動波形検出部によって、共振回路の駆動波形を検出する。そして、制御部は、３つ以上の駆動周波数を設定して、駆動波形検出部によって検出されるそれぞれの駆動周波数における信号データを比較して、その比較結果に基づいて、受電装置を検出する。
【００１５】
本発明の他の実施の形態に係る受電装置検出プログラムは、プログラムを格納する記憶部と、格納されたプログラムを展開して実行する処理ユニットを有する制御部とを備える非接触充電用の受電装置の受電電力調整プログラムであり、共振回路を用いて非接触で送電装置から受電装置に電力の伝送を行う場合に、受電装置の有無を検出する受電装置検出プログラムである。この受電装置検出プログラムは、制御部によって、共振回路を駆動する信号の駆動周波数を設定するステップと、駆動部によって、制御部の設定に基づいて、３つ以上の駆動周波数で共振回路を駆動するステップと、駆動波形検出部によって、共振回路の駆動波形を検出するステップとを有する。そして、制御部は、３つ以上の駆動周波数を設定して、駆動波形検出部によって検出されるそれぞれの駆動周波数における信号データを比較して、その比較結果に基づいて、受電装置を検出する。
【００１６】
本発明の他の実施の形態に係る半導体装置は、受電装置検出プログラムを格納する記憶部を備える。
【００１７】
本発明の他の実施の形態に係る半導体装置は、受電電力調整プログラムを展開して実行する制御部を更に備える。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、３つ以上の駆動周波数で共振回路を駆動するので、受電装置が配置されたときと、金属等の異物が配置されたときの駆動電流波形の相違が明確であり、短時間かつ容易に受電装置の検出をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明が適用された一実施の形態に係る送電装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】（Ａ）は、本発明が適用された一実施の形態の係る受電装置を含む電力伝送システムの要部の構成例を示すブロック図である。（Ｂ）は、（Ａ）図の細部である共振回路の構成例を示すブロック図である。
【図３】共振回路の共振周波数を変更するための構成例を示す回路図である。（Ａ）は、共振コンデンサに可変容量コンデンサを用いた場合を示し、（Ｂ）は、共振コンデンサに固定コンデンサを用いた場合の例を示す。
【図４】（Ａ）は、可変容量コンデンサの静電容量の直流バイアス依存性の一例を示すグラフであり、（Ｂ）は、（Ａ）図の可変容量コンデンサを用いた共振回路の共振周波数の直流バイアス依存性の一例を示すグラフである。
【図５】送電側及び受電側の回路に流れる電流値の周波数特性を示す概念図である。（Ａ）は、周波数特性をもたない金属を受電側に配置する場合、（Ｂ）は、受電側に送電側と同じ共振周波数をもつ共振回路を配置した場合の送電側の周波数特性の変化の有無を示す。
【図６】（Ａ）は、受電側に金属を配置した場合の送電側の共振回路に流れる電流の周波数特性の実測値を示し、（Ｂ）は、受電側に送電側と同じ共振周波数をもつ共振回路を配置した場合の送電側の周波数特性の実測値を示す。
【図７】弱結合時における送電側及び受電側の回路に流れる３つの駆動周波数における電流値の周波数特性を示す概念図である。
【図８】弱結合時に受電側の装置を検出するために、送電側の共振回路の共振周波数を変えて、それぞれの共振回路における電流の周波数特性の実測値であり、受電側に金属を配置した場合のグラフである。
【図９】弱結合時に受電側の装置を検出するために、送電側の共振回路の共振周波数を変えて、それぞれの共振回路における電流の周波数特性の実測値であり、受電側に送電側の共振周波数と同じ周波数の共振回路を配置した場合のグラフである。
【図１０】弱結合時に受電側の装置を検出するために、送電側の共振回路の共振周波数を変えて、それぞれの共振回路における電流の周波数特性の実測値であり、受電側に送電側の共振周波数よりも高い周波数の共振回路を配置した場合のグラフである。
【図１１】受電側の装置が送電側の装置に時間の経過とともに距離が短くなる場合の検出手順を説明するための図である。（Ａ）は、３つの駆動周波数ｆ０１,ｆ０,ｆ０２のうちｆ０を最初に行う場合を示し、（Ｂ）は、３つの駆動周波数ｆ０１,ｆ０,ｆ０２のうちｆ０を最後に行う場合を示す。
【図１２】送電側の共振回路に流れる電流を同一の周波数特性上で比較した検出パターンを示す。（Ａ）は右上がりパターンを示し、（Ｂ）は、右下がりパターンを示し、（Ｃ）は、上に凸のパターンを示し、（Ｄ）は、下に凸のパターンを示し、（Ｅ）は、フラットなパターンを示す。
【図１３】送電側の共振回路の共振周波数を変えて、それぞれ図１２のパターンを適用した場合の弱結合用パターンを示す。（Ａ）は、各共振回路に流れる電流の最大値がフラットになる場合の弱結合用パターンを示し、（Ｂ）は、中心の共振周波数（受電側の共振周波数に等しい）を有する共振回路の流れる電流の最大値が他よりも低くなる場合の弱結合用パターンを示し、（Ｃ）は、共振回路の共振周波数が高くなるにつれて、流れる電流の最大値が低くなる場合の弱結合用パターンを示し、（Ｄ）は、共振回路の共振周波数が高くなるにつれて、流れる電流の最大値が高くなる場合の弱結合用パターンを示す。
【図１４】本発明の一実施の形態に係る受電装置検出方法を説明するためのフローチャートである。
【図１５】本発明の他の実施の形態に係る送受電装置の構成例を示すブロック図である。
【図１６】従来の非接触充電装置や非接触通信装置において用いられる受電装置の検出手順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】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることはもちろんである。なお、説明は、以下の順序にしたがって行う。
【００２１】
１．送電装置の構成例
２．送電装置の原理及び動作
２−１．受電装置及び異物の場合それぞれのアンテナ電流の周波数特性の相違
２−２．弱結合時におけるアンテナ電流の周波数特性の相違の検出
２−３．受電装置側の共振周波数ずれ
２−４．結合係数が変化する場合のアンテナ電流の周波数特性の相違の検出
２−５．検出パターンの設定
３．受電装置の検出方法
４．送受電装置の構成例
【００２２】
１．送電装置の構成例
図１に示すように、本発明が適用された一実施の形態に係る送電装置１は、受電装置５０が備える２次側アンテナ５２ａと電磁界結合する１次側アンテナ３ａを有する送受信部３を備える。また、送電装置１は、商用電源６（あるいは太陽光発電出力の直流電力でもよい）を所定の駆動周波数に変換して、送受信部３の１次側アンテナ３ａを駆動するインバータ部２を備える。また、送電装置１は、１次側アンテナ３ａの電流波形を取得する波形モニタ部４と、波形モニタ部４によって取得された電流値に基づいて、インバータ部２に対して駆動周波数の設定を行う制御システム部５とを備える。
送受信部３は、図２に示すように、１次側アンテナ３ａと、１次側アンテナ３ａのインダクタンスとともに共振周波数を決定する共振コンデンサとしての可変容量コンデンサＶＡＣとを有する。なお、２次側（受電装置５０）の送受信部５２についても、図２に示すように、同様の構成を有しており、２次側アンテナ５２ａと、２次側アンテナ５２ａのインダクタンスとともに２次側の共振周波数を決定する共振コンデンサとしての可変容量コンデンサＶＡＣを有する。なお、非接触通信用のＩＣカードの場合には、共振コンデンサは固定されている。
【００２３】
より詳細には、図３に示すように、送電装置１の１次側アンテナ３ａと共振コンデンサとしての可変容量コンデンサ３ｂは、共振回路を構成する。後述するように、この共振回路の共振周波数は、１次側（送電装置１）の制御システム部５の指示によって、可変容量コンデンサ３ｂの両端の直流バイアス電圧を変更することにより設定値の変更をすることができる。なお、２次側（受電装置５０）の共振周波数についても２次側アンテナ５２ａに接続される可変容量コンデンサ５２ｂが、２次側の制御システム部５５の指示に基づいて容量値を変更され、共振周波数を変えることができるようになっていてもよい。
【００２４】
図３（Ａ）に示すように、１次側アンテナ３ａ（インダクタンスＬ１）に、直列又は並列に共振コンデンサが接続され、図では並列に可変容量コンデンサ（Ｃ２）１１ｂが接続される例を示してある。可変容量コンデンサ（Ｃ２）１１ｂの両端には、抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して直流の可変電源である制御電源が接続される。抵抗Ｒ１，Ｒ２は、制御電源にアンテナ側の交流電流が流れ込まないように十分大きな抵抗値のものが選定される。ここで、２つのコンデンサＣ１，Ｃ３は、制御電源からの直流が、アンテナ側に流れ込まないようにするための交流カット用のコンデンサであり、固定コンデンサでよく、可変容量コンデンサ（Ｃ２）１１ｂの容量値よりも十分大きな容量値のものが選定される。
【００２５】
制御電圧の値を変えると、可変容量コンデンサ（Ｃ２）１１ｂの両端に印加される直流電圧が変わり、これに応じて容量値が変化する。可変容量コンデンサ（Ｃ２）１１ｂの容量値は、図４（Ａ）に示すように、両端に印加される直流バイアス電圧に対して負の係数を有する。したがって、両端に印加する直流バイアス電圧を増加させると、図４（Ｂ）に示すように、共振周波数を高くすることができる。なお、２次側のアンテナ部５２ａの共振周波数も１次側のアンテナ部３ａと同様に変更することができるのはいうまでもない。
【００２６】
なお、共振コンデンサの容量値を変更してアンテナ部３の共振周波数を変更するには。図３（Ｂ）に示すように、複数の固定コンデンサを並列に接続し、これらの固定コンデンサＣ４，Ｃ５，Ｃ６をトランジスタスイッチＴｒ１，Ｔｒ２のＯＮ／ＯＦＦの組合せによって切り替えることによってもよい。制御電圧の設定及び出力は、制御部５ａにおいてなされる。
【００２７】
インバータ部２は、商用電源６が入力されて、最初に一旦直流に変換するための整流平滑回路を有し、変換された直流を制御部５ａによって設定された駆動周波数の好ましくは正弦波で１次側アンテナ部３ａを駆動する。駆動部の回路構成は、アンテナ部３ａを駆動する電力に応じて、ハーフブリッジ、フルブリッジ構成等任意に設定することができ、アンテナ部３ａに印加される電圧、流す電流に対応するトランジスタを選定して、組み合わせればよい。
【００２８】
波形モニタ部４は、アンテナ部３ａに流れる電流を測定し、好ましくはその電流のピーク値を保持する。電流の測定には、アンテナ部３ａのコイルに直列に挿入した抵抗により電圧を測定してもよく、ホール素子等により検出してもよく他の周知の手段を用いればよい。取得したピーク電流値は、好ましくはＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換し、制御部５ａの指示に基づいて記憶部５ｂに格納するようにしてもよい。また、波形モニタ部４自身が有する一時記憶部に格納するようにしてもよい。なお、波形モニタ部４によって取得するアンテナ部３ａを含む共振回路の特性については、電流のピーク値、実効値等任意に設定でき、電流値の測定に限らず、電圧のピーク値、実効値等を取得するようにしてもよいのはいうまでもない。
【００２９】
制御システム部５は、好ましくは、送電装置１の動作手順を表すプログラムが書き込まれている記憶部５ｂと、記憶部５ｂの手順にしたがって送電装置１の動作を制御する制御部５ａとを含んでいる。制御部５ａは、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）やマイクロコントローラである。記憶部５ｂは、たとえばマイクロコントローラに搭載されたマスクＲＯＭであってもよく、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等であってもよい。なお、これらに限定されるものではない。
【００３０】
制御システム部５を構成する制御部５ａは、記憶部５ｂに格納されたプログラムにしたがって、アンテナ部３ａを駆動する駆動周波数をインバータ部２に対して設定する。インバータ部２は、設定された駆動周波数の正弦波で発振し、アンテナ部３ａを駆動する。受電装置５０が、送電装置１の通信エリアにある場合には、２次側のアンテナ部５２ａによる共振回路の存在によりアンテナ部３ａに流れる電流に変化が生じ、これを波形モニタ部４で取得する。あるいは、受電装置５０の位置に金属等の異物がある場合にも、その電流値のピーク値を波形モニタ部４によって取得する。
【００３１】
制御システム部５では、制御部５ａが、記憶部５ｂに格納されたプログラムにしたがって、駆動周波数を変更し、変更した駆動周波数に対するアンテナ部３ａの電流のピーク値を取得することを所定の回数繰り返し、共振回路に流れる電流の周波数特性を取得する。取得した駆動周波数に対するピーク電流値をそれぞれ比較して、検出パターンとすることによって、あらかじめ記憶部５ｂ等に設定している受電装置の有無に対するピーク電流値の検出パターンと比較することによって、受電装置の有無を制御部５ａにおいて判定する。
【００３２】
２．送電装置の原理及び動作
以下では、本発明の一実施の形態に係る送電装置が、受電装置の有無を判定するための原理について、いくつかの場合に分けて、その動作とともに説明する。
【００３３】
２−１．受電装置及び異物の場合それぞれのアンテナ電流の周波数特性の相違
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、１次側の送電装置１の共振回路を構成するアンテナ部３ａに流れる電流の周波数特性と、２次側の受電装置５０のアンテナ部５２ａ又は金属（異物）に流れる電流の周波数特性の概略を示す。上側の図が受電・異物の側であり、下側の図が送電側の周波数特性である。
【００３４】
図５（Ａ）には、２次側に金属が配置された場合の送電装置１のアンテナ部３ａに流れる電流の周波数特性の概要を示す。１次側の送電装置１は、アンテナ部３ａが共振周波数ｆ０の共振回路を構成しており、共振回路の周波数特性は、共振周波数ｆ０をピークとする単峰特性を呈するものとする。２次側に金属を配置することを考えると、金属の共振周波数は、一般的な非接触通信装置や充電装置の駆動周波数、共振周波数に用いられる周波数（ＲＦＩＤに用いられる周波数は１３．５６ＭＨｚ等）に比べて格段に高いので、ほぼ平坦な周波数特性となる。このような金属を２次側に配置した場合には、１次側の共振回路をその共振周波数ｆ０で駆動しても、１次側の共振回路の周波数特性にしたがう特性が取得されるに過ぎず、すなわちアンテナ部３ａの周波数特性そのものが取得される。
【００３５】
一方、図５（Ｂ）に示すように、２次側に１次側の共振周波数と同じ共振周波数を有する共振回路を備える受電装置を配置することを考える。そうすると、破線のような単峰特性を呈する１次側の共振回路の周波数特性が、太線のような双峰特性を呈するようになる。１次側の送電装置１の共振周波数と同じ共振周波数の共振回路を有する受電装置５０を２次側に配置すると、１次側のアンテナ部３ａに流れる電流に顕著な波形の変化が現れることになる。
【００３６】
図６（Ａ）は、２次側にコイルを配置した場合の１次側のアンテナ部３ａの電流の周波数特性の実測値をプロットしたものである。図に示すＫは、１次側アンテナ部３ａと２次側アンテナ部５２ａとの結合の強さを表す結合係数である。１次側及び２次側アンテナ部３ａ，５２ａの自己インダクタンスをそれぞれＬ１，Ｌ２とし、それぞれの相互インダクタンスをＭとすると、以下の関係が成立する。
【００３７】
Ｍ＝Ｋ・（Ｌ１×Ｌ２）０．５
【００３８】
Ｋが大きくなるほど、１次側と２次側の結合が強いことを表す。図６（Ａ）に示すように、Ｋ＝０．１のときに比べて、Ｋ＝０．２，０．４，０．６と結合係数が大きくなるにつれて、より大きな電力が２次側に伝送されているため、周波数特性のピークは低下する。
【００３９】
次に、図６（Ｂ）には、２次側に１次側と同じ共振周波数の共振回路を配置した場合の１次側アンテナ部３ａの電流の周波数特性の実測値をプロットしたものを示す。Ｋ＝０．２以上では、電流の周波数特性が２つのピークを有する双峰特性を呈していることが示される。
【００４０】
このようにして、１次側の共振回路に流れる電流の周波数特性が、単峰特性になるか、双峰特性になるかを判定すれば、２次側に受電装置が配置されたのか、受電装置以外の金属等が配置されたのかを検出することができる。
【００４１】
より具体的には、共振回路に流れる電流の周波数特性を取得するために、図７に示すように、共振回路の共振周波数ｆ０を中心にして、Δｆだけ低い周波数ｆ０１の信号１で共振回路を駆動（このような周波数を駆動周波数ということとする。）し、また、共振周波数ｆ０よりもΔｆだけ高い駆動周波数ｆ０２の信号２で共振回路を駆動する。そうすると、図７の下側の図の太線のように、共振周波数ｆ０のときの電流値と比較することによって、駆動周波数ｆ０１，ｆ０２を適切に選ぶことによって、共振回路の周波数特性が双峰特性か否かを判定することができる。なお、電流値を取得するための駆動周波数の設定値をさらに増やしたり、駆動周波数をアナログ的に変化させて、駆動周波数に対応する電流値を取得するようにしてもよいのはいうまでもない。
【００４２】
２−２．弱結合時におけるアンテナ電流の周波数特性の相違の検出
上述したように、１次側の共振回路を構成するアンテナ部３ａに流れる電流の周波数特性を測定し、ピークが１つ（単峰特性）か２つ（双峰特性）かを判定することによって、受電装置の有無を検出することができるが、図６（Ｂ）に示すように、１次側と２次側の結合が弱い場合（Ｋ＝０．１）には、２次側に受電装置が配置されても、双峰特性が現れず、受電装置以外の金属等異物との違いを検出することができない。
【００４３】
そこで、１次側の共振条件を変更して共振回路の共振周波数を変える。そして、それぞれの共振周波数を有する共振回路に流れる電流の周波数特性を取得する。そうすると、２次側の受電装置５０の共振回路は、１次側の元の共振周波数ｆ０に等しい共振周波数を有していれば、結合が弱いとはいえ、共振周波数ｆ０付近では電力伝送が行われ、１次側の共振回路に流れる電流は、他の周波数での電流値よりも小さくなる。
【００４４】
図８には、２次側にコイルを配置し、結合係数Ｋ＝０．１とした場合の１次側のアンテナ部３ａに流れる電流の周波数特性の実測値をプロットしたグラフを示す。ここで、２次側のコイルは、共振回路を構成しないものとする。アンテナ部３ａを含む共振回路の共振周波数ｆ０は、ＲＦＩＤにおいて一般的に用いられる１３．５６ＭＨｚとした。図８中の実線のグラフは、共振周波数ｆ０（＝１３．５６ＭＨｚ）の共振回路に流れる電流ｉの周波数特性である。破線のグラフは、ｆ０よりもΔｆ（＝１ＭＨｚ）だけ低い共振周波数ｆ０１（＝１２．５６ＭＨｚ）の共振回路に流れる電流ｉ１の周波数特性である。１点鎖線のグラフは、ｆ０よりもΔｆだけ高い共振周波数ｆ０２（＝１４．５６ＭＨｚ）の共振回路に流れる電流ｉ２の周波数特性である。なお、設定する周波数については、使用する共振回路の周波数特性に応じて設定すればよく、また、非接触電力伝送システムで用いられる１２０ｋＨｚ等用途に合わせて任意に設定できるのはいうまでもない。
【００４５】
共振周波数ｆ０の共振回路に流れる電流ｉの周波数特性において、周波数がｆ０のときに電流ｉ（ｆ０）は最大値に近くなる。したがって、ｉ（ｆ０）と、周波数ｆ０１のときの電流ｉ（ｆ０１）及び周波数ｆ０２のときの電流ｉ（ｆ０２）の大小関係は以下のようになる。
【００４６】
ｉ（ｆ０）＞ｉ（ｆ０１），ｉ（ｆ０２）        （１）
【００４７】
共振周波数ｆ０１の共振回路に流れる電流ｉ１の周波数特性において、周波数がｆ０１のときに電流ｉ１（ｆ０１）は最大値に近くなる。したがって、ｉ１（ｆ０）と、ｉ１（ｆ０１）と、ｉ１（ｆ０２）とのそれぞれの大小関係は以下のようになる。
【００４８】
ｉ１（ｆ０１）＞ｉ１（ｆ０）＞ｉ１（ｆ０２）    （２）
【００４９】
同様にして、共振周波数ｆ０２の共振回路に流れる電流ｉ２の周波数特性において、周波数がｆ０２のときに電流ｉ２（ｆ０２）は最大値に近くなる。したがって、ｉ２（ｆ０）と、ｉ２（ｆ０１）と、ｉ２（ｆ０２）とのそれぞれの大小関係は以下のようになる。
【００５０】
ｉ２（ｆ０１）＜ｉ２（ｆ０）＜ｉ２（ｆ０２）    （３）
【００５１】
２次側の回路には、周波数特性がないので、上述の３つの周波数特性における電流の最大値はほぼ等しくなる。
【００５２】
ｉ（ｆ０）≒ｉ１（ｆ０１）≒ｉ２（ｆ０２）    （４）
【００５３】
次に、図９には、２次側に、１次側の共振周波数ｆ０に等しい共振周波数を有する共振回路を配置した場合の１次側のアンテナ部３ａに流れる電流の周波数特性の実測値をプロットしたグラフを示す。アンテナ部３ａを含む共振回路の共振周波数ｆ０は、図８の場合と同様に、ＲＦＩＤにおいて一般的に用いられる１３．５６ＭＨｚとしている。図９中の実線のグラフは、共振周波数ｆ０（＝１３．５６ＭＨｚ）の共振回路に流れる電流ｉの周波数特性である。破線のグラフは、ｆ０よりもΔｆ（＝１ＭＨｚ）だけ低い共振周波数ｆ０１（＝１２．５６ＭＨｚ）の共振回路に流れる電流ｉ１の周波数特性である。１点鎖線のグラフは、ｆ０よりもΔｆだけ高い共振周波数ｆ０２（＝１４．５６ＭＨｚ）の共振回路に流れる電流ｉ２の周波数特性である。
【００５４】
共振周波数ｆ０の共振回路に流れる電流ｉの周波数特性においては、図８の場合と同様の結果となる。すなわち、ｉ（ｆ０）と、周波数ｆ０１のときの電流ｉ（ｆ０１）及び周波数ｆ０２のときの電流ｉ（ｆ０２）の大小関係は上述の（１）式の関係となる。
【００５５】
同様に、共振周波数ｆ０１の共振回路に流れる電流ｉ１の周波数特性に関しては、ｆ０，ｆ０１，ｆ０２におけるそれぞれの電流値ｉ１（ｆ０），ｉ１（ｆ０１），ｉ１（ｆ０２）の大小関係は、（２）式の関係となる。
【００５６】
共振周波数ｆ０２の共振回路に流れる電流ｉ２の周波数特性に関しても、ｆ０，ｆ０１，ｆ０２におけるそれぞれの電流値ｉ２（ｆ０），ｉ２（ｆ０１），ｉ２（ｆ０２）の大小関係は、（３）式の関係となる。
【００５７】
一方、各周波数における電流のピーク値ｉ（ｆ０），ｉ１（ｆ０１），ｉ２（ｆ０２）の大小関係は、以下のようになる。
【００５８】
ｉ（ｆ０）＜ｉ１（ｆ０１），ｉ２（ｆ０２）        （５）
【００５９】
２次側の共振回路の共振周波数ｆ０が１次側の共振回路の共振周波数ｆ０と同じなので、その周波数ｆ０では、１次側から２次側へ電力伝送が行われるために１次側の共振回路の電流のピーク値は減少し、２次側の共振周波数ｆ０からずれるにしたがって、電流のピーク値が増加することが示される。
【００６０】
上述したように、３つの異なる共振周波数を有する共振回路のそれぞれに対して、３つの駆動周波数を設定して周波数特性を取得し、それぞれの共振回路に対する電流の最大値に変化がない場合には、２次側に配置されたのは、受電装置５０ではなく、金属等の異物であると判定することができる。
【００６１】
２−３．受電装置側の共振周波数ずれ
２次側（受電装置側）に非接触ＩＣカードが配置される場合もあるが、非接触ＩＣカードでは、通信フォーマットの異なるＩＣカード等に重ね置きされたり、磁界を遮へいするような金属製の物品とともに持ち歩かれることが多く、これらを考慮して共振回路の共振周波数を高めに設定する場合が多い。
【００６２】
上述したように、２次側の共振回路の共振周波数と１次側の共振周波数が等しければ、電力伝送が生じるので、１次と２次の結合が強い場合には（たとえばＫが０．２以上）、１次側の共振回路に流れる電流の周波数特性には、単なる金属等の異物とは顕著な相違がある。また、１次と２次の結合が弱く、結合係数が小さいような場合であっても（たとえばＫが０．１程度）、１次側の共振回路の共振周波数を元の共振周波数とは変えて、電流の周波数特性を取得することによって、異物との周波数特性の相違を検出することができた。
【００６３】
さらに本発明では、上述のような事情で共振周波数が高めに設定された非接触ＩＣカードが２次側に配置された場合であっても、金属等の異物との周波数特性の相違を生じ、検出が可能である。
【００６４】
２次側の共振周波数を１６ＭＨｚに設定し、１次側の共振周波数を図８，９の場合と同様に１３．５６ＭＨｚに設定して、１次側の共振回路に流れる電流の周波数特性を実測した。図１０に示すように、共振周波数ｆ０の共振回路に流れる電流ｉの周波数特性においては、図８の場合と同様の傾向となる。すなわち、ｉ（ｆ０）と、周波数ｆ０１のときの電流ｉ（ｆ０１）及び周波数ｆ０２のときの電流ｉ（ｆ０２）の大小関係は上述の（１）式の関係となる。
【００６５】
共振周波数ｆ０１の共振回路に流れる電流ｉ１の周波数特性に関しては、ｆ０，ｆ０１，ｆ０２におけるそれぞれの電流値ｉ１（ｆ０），ｉ１（ｆ０１），ｉ１（ｆ０２）の大小関係は、上述の（２）式の関係となる。
【００６６】
共振周波数ｆ０２の共振回路に流れる電流ｉ２の周波数特性に関しても、ｆ０，ｆ０１，ｆ０２におけるそれぞれの電流値ｉ２（ｆ０），ｉ２（ｆ０１），ｉ２（ｆ０２）の大小関係は、上述の（３）式の関係となる。
【００６７】
一方、各周波数における電流の最大値ｉ（ｆ０），ｉ１（ｆ０１），ｉ２（ｆ０２）の大小関係は、以下のようになる。
【００６８】
ｉ１（ｆ０１）＞ｉ（ｆ０）＞ｉ２（ｆ０２）        （６）
【００６９】
ｆ０１，ｆ０，ｆ０２ともに、２次側の共振周波数ｆ０’よりも低いために、（６）式の大小関係の順に１次と２次の結合が強くなり、１次側の電流のピーク値が低下する傾向が示される。
【００７０】
なお、２次側の装置・機器の共振周波数が１次側の共振周波数よりも低めに設定されている場合には、上述の場合と同様に考えると、（６）式の大小関係の順に１次と２次の結合が弱くなるので、１次側の電流のピーク値は、上昇する傾向となる。
【００７１】
２−４．結合係数が変化する場合のアンテナ電流の周波数特性の相違の検出
非接触ＩＣカードや、携帯電話等で非接触ＩＣカードの機能を実現するために搭載される非接触通信モジュールの利用形態を考慮すると、これらの装置・機器と、送電装置又はリーダライタのような送信装置との距離は、時間的に変化することが考えられる。一般的には、非接触ＩＣカード等をリーダライタに近づけながら、結合させる場合が多い。そうすると、１次と２次の距離が時間とともに短くなるので、結合係数は時間とともに大きくなる。
【００７２】
図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示すように、結合係数Ｋは、時間とともに大きくなり、１次側の共振回路に流れる電流の周波数特性は、実線のグラフ、破線のグラフ、１点鎖線のグラフの順に時間とともに変化する。
【００７３】
このように変化する結合係数に対して、２−１，２−２等で説明した周波数特性の相違を検出する場合に、測定する電流値に対応する周波数の設定の順序（測定の順序）に留意する必要がある。
【００７４】
図１１（Ａ）に示すように、電流値を測定する周波数を、１次側の共振回路の共振周波数ｆ０（＝１３．５６ＭＨｚ）、ｆ０よりもΔｆだけ低い周波数ｆ０１（＝１２．５６ＭＨｚ）、ｆ０よりもΔｆだけ高い周波数ｆ０２（＝１４．５６ＭＨｚ）の順に電流値を測定すると、１次と２次の結合は次第に強くなっているので、それぞれの電流値は以下のような関係になる。電流値ｉを周波数ｆ０ｘと結合係数Ｋとの関数として、ｉ＝ｉ（ｆ０ｘ，Ｋ）のように表すことにすると、上述の関係は以下のように表すことができる。
【００７５】
ｉ（ｆ０，Ｋ＝０．１）＞ｉ（ｆ０１，Ｋ＝０．２）
＞ｉ（ｆ０２，Ｋ＝０．４）        （７）
【００７６】
なお、ｉ（ｆ０１，Ｋ＝０．２）とｉ（ｆ０２，Ｋ＝０．４）の大小関係は、ｆ０２の方を先に測定すれば、ｉ（ｆ０２，Ｋ＝０．２）＞ｉ（ｆ０１，Ｋ＝０．４）となるので、一般的には、以下のようになる。
【００７７】
ｉ（ｆ０，Ｋ＝０．１）＞ｉ（ｆ０ｘ，Ｋ＞０．１）  
（ｘ＝１ｏｒ２）                （７’）
【００７８】
図１１（Ａ）の破線や１点鎖線のグラフに示されるように、２次側に受電装置・機器が配置される場合にもかかわらず、電流の周波数特性が実質的に双峰特性関係とはならず、誤検出となってしまう。
【００７９】
そこで、１次側の共振周波数ｆ０における電流値を最後に測定するようにすれば、１次側の共振回路の電流値の周波数特性を検出することができる。
【００８０】
図１１（Ｂ）に示すように、１次側の共振周波数ｆ０よりもΔｆだけ低い周波数ｆ０１、１次側の共振周波数ｆ０よりもΔｆだけ高い周波数ｆ０２、１次側の共振周波数ｆ０の順で電流値を測定すれば、上述の（５）式を満たすので、２次側の装置・機器を検出することができる。
【００８１】
２−５．検出パターンの設定
上述した原理を用いて、１次側の共振回路の電流値の周波数に対する大小関係をパターン化することによって、２次側の装置・機器の有無の判定を行うことができる。
【００８２】
図１２には、１つの共振周波数が設定された共振回路に対して、この共振回路の流れる電流の周波数特性を取得した場合に、共振周波数とその共振周波数の前後の駆動周波数における電流値を測定した場合の電流値の大小関係のパターンを示す。黒丸が、該当する駆動周波数に対する電流値であることを示す。図１２（Ａ）〜図１２（Ｅ）とも、３つの周波数における電流値を測定して、その大小関係を示しており、測定周波数は、左からｆ０１、ｆ０、ｆ０２である。図１２（Ａ）では、右上がりの傾向を示し（パターンＰ１）、図１２（Ｂ）では右下がりの傾向を示すパターンＰ２が設定される。図１２（Ｃ）では、上に凸となる傾向のパターンＰ３が設定され、図１２（Ｄ）では下に凸となる傾向のパターンＰ４が設定される。図１２（Ｅ）は、フラットなパターンＰ５である。
【００８３】
２−１で説明したように、金属等の異物が２次側に配置された場合には、異物は周波数特性をもたないので、１次側の共振回路の電流の周波数特性を測定すると、図１２（Ｅ）のようなフラットな傾向のパターンＰ５となる（式（４））。
２次側に、１次側の共振回路の共振周波数ｆ０に等しい共振周波数ｆ０の共振回路を有する受電装置・機器が配置されると、図１２（Ｄ）のような下に凸となる傾向のパターンＰ４を示す（式（５））。
【００８４】
なお、電流値を取得する周波数をさらに増やしたり、アナログ的に変化させて電流値の周波数特性をアナログ的に取得すれば、より詳細なパターン設定ができるのはいうまでもない。
【００８５】
結合係数Ｋが０．２程度以上の比較的結合が強い場合には、上述の２種類のパターンＰ４，Ｐ５を検出することによって、受電装置・機器か、異物かを検出することが可能であるが、結合係数Ｋが０．２を下回るような結合が弱い場合には、さらに工夫が必要である。上述の２−２，２−３で説明したように、１次側の共振回路の共振周波数を変えて、異なる共振周波数を有する共振回路に流れる電流をそれぞれ測定して、パターン化する必要がある。図１２のパターンをさらに組み合わせてパターン化するので、このパターンを便宜的に弱結合検出パターンということにする。
【００８６】
図１３には、共振回路の共振周波数を３種類変えて、それぞれについて、共振回路に流れる電流の周波数特性の傾向を組み合わせた弱結合検出パターンを示す。図１３（Ａ）〜図１３（Ｄ）とも、３種類のパターンからなっている。それぞれのパターンは、図１２（Ａ）〜図１２（Ｅ）のそれぞれに示したパターンＰ１〜Ｐ５である。より具体的には、１次側の共振回路の共振周波数ｆ０よりもΔｆだけ低い共振周波数ｆ０１に設定された共振回路に流れる電流ｉ１の周波数特性のパターン、１次側の共振周波数ｆ０に設定された共振回路に流れる電流ｉの周波数特性のパターン、１次側の共振回路の共振周波数ｆ０よりもΔｆだけ高い共振周波数ｆ０２に設定された共振回路に流れる電流ｉ２の周波数特性のパターンからなる。通常では、図示されるように、共振周波数ｆ０１の共振回路に流れる電流の周波数特性は、図１２（Ｂ）に示したような右下がりのパターンＰ２を示す（式（２））。共振周波数ｆ０の共振回路に流れる電流の周波数特性は、図１２（Ｃ）に示したような上に凸のパターンＰ３を示す（式（１））。共振周波数ｆ０２の共振回路に流れる電流の周波数特性は、図１２（Ａ）に示したような右上がりのパターンＰ１を示す（式（３））。３種類のパターンにおける電流の最大値をそれぞれ比較することによって、２次側に配置されたのは受電装置・機器であるのか、異物であるのかを検出することができる。
【００８７】
図１３（Ａ）では、３種類のパターンＰ２，Ｐ３，Ｐ１の最大値がほぼ一致する場合であり、２次側に金属等の異物が配置された場合の弱結合検出パターンである。図１３（Ｂ）では、３種類のパターンＰ２，Ｐ３，Ｐ１の最大値のうちの共振周波数ｆ０に設定された共振回路に流れる電流の周波数特性の最大値が他よりも低くなる弱結合検出パターンであり、２次側に受電装置・機器が配置された場合の傾向である。図１３（Ｃ）では、３種類のパターンＰ２，Ｐ３，Ｐ１の最大値が右下がりになるもので、２次側の受電装置・機器の共振周波数が１次側のいずれの共振周波数よりも高い場合の弱結合検出パターンである。図１３（Ｄ）では、３種類のパターンＰ２，Ｐ３，Ｐ１の最大値が右上がりになるもので、２次側の受電装置・機器の共振周波数が１次側のいずれの共振周波数よりも低い場合の弱結合検出パターンである。
【００８８】
上述したように、共振回路に流れる電流の周波数特性の傾向を示すパターンＰ１〜Ｐ５と、１次側の共振回路の共振周波数を変えた場合のそれぞれパターンの組合せを弱結合検出パターンとして設定することによって、結合係数に依存せず、２次側に受電装置・機器が配置されたか否かを検出することができる。
【００８９】
３．受電装置の検出方法
図１４に、本発明の一実施の形態に係る受電装置の検出方法のフローチャートを示す。
【００９０】
送電装置１の制御部５ａは、ステップＳ１において、この送電装置１をアンテナ検出モードに設定する。アンテナ検出モードでは、送電装置１から受電装置５０（又は金属等の異物）には電力の伝送を行わず、以下のように２次側の受電装置の有無を検出するための動作を行う。２次側の受電装置の検出期間に、金属等の異物が存在する場合に、１次側から通常の電力を送電すると、金属が発熱してしまうため、電力の送電を停止した上で２次側の検出を行うアンテナ検出モードを設定するのが好ましい。また、アンテナ検出モードは、短時間のポーリングを実行するものであるから、間欠的に実行されるのが好ましい。
【００９１】
制御部５ａは、ステップＳ２において、共振回路を構成する送受信部３に対して共振周波数ｆ０（たとえば、ｆ０＝１３．５６ＭＨｚ）を設定する。
【００９２】
制御部５ａは、駆動周波数を共振周波数ｆ０よりもΔｆだけ低いｆ０１（たとえば、ｆ０１＝１２．５６ＭＨｚ）に設定して、そのときの電流値を取得する。駆動周波数を共振周波数よりもΔｆだけ高いｆ０２（たとえばｆ０２＝１４．５６ＭＨｚ）に設定して、そのときの電流値を取得する。さらに、駆動周波数がｆ０のときの電流値を取得する。取得された電流値については、駆動周波数に関連付けして検出パターン１として、記憶部５ｂに格納するのが好ましく、検出パターン１が図１２（Ａ）〜図１２（Ｅ）のＰ１〜Ｐ５のいずれに該当するか判定し、関連付けを行って記憶部５ｂに格納する。
【００９３】
制御部５ａは、ステップＳ４において、取得したパターン１が、図１２（Ａ）〜図１２（Ｅ）のいずれかのうち、下に凸のパターンＰ４（図１２（Ｄ））に合致するか否かを判定する。合致する場合には、アンテナ検出モードを終了し（ステップＳ１１）、その受電装置・機器が充電又は通信の対象として正当なものであるか否かを認証し（ステップＳ１２，Ｓ１３）、認証できれば、受電モードに移行して充電を開始したり、通信を開始し、認証不可であればエラー処理を行う。
【００９４】
制御部５ａは、ステップＳ４において、受電装置・機器を検出できなかった場合には、１次側の共振回路の定数を変更して、共振周波数をｆ０１に変える。共振周波数ｆ０１について、ステップＳ３と同様に、各駆動周波数ごとの電流値を取得し、電流値と駆動周波数とを関連付けた検出パターン２を取得し、図１２（Ａ）〜図１２（Ｅ）のいずれに分類されるかについても関連付けして記憶部５ｂに格納する。
【００９５】
さらに制御部５ａは、ステップＳ７において、共振回路の共振周波数をｆ０２に変更して、ステップＳ３，Ｓ６と同様に、共振周波数ｆ０２の共振回路に流れる電流の周波数特性を駆動周波数ごとの電流値として取得する。電流値と駆動周波数とを関連付けた検出パターン３を取得し、図１２（Ａ）〜図１２（Ｅ）のいずれに分類されるかについても関連付けして記憶部５ｂに格納する。
【００９６】
制御部５ａは、ステップＳ９において、検出パターン１〜検出パターン３の電流値の最大値を比較し、すべてが等しいときには、ステップＳ１０において異物検出と判定し、エラー処理を行う。制御部５ａは、検出パターンの電流値の最大値が等しくないものが存在するときには、受電装置・機器が配置されたものと判定して、アンテナ検出モードを終了し（ステップＳ１１）、機器認証を行う（ステップＳ１２）。
【００９７】
なお、ステップＳ３，Ｓ６，Ｓ８において、受電装置・機器が離れた位置から次第に近づいてくる場合を想定して、２−４で説明したように、各共振回路の共振周波数の電流測定を最後にするようにしてもよい。
【００９８】
上述したフローチャートをプログラムにして記憶部５ｂに格納して、各ステップにしたがって制御部５ａで処理させるようにしてもよい。さらに、制御部５ａ及び／又は記憶部５ｂを半導体装置に組み込んでもよく、汎用のＣＰＵを用いたシステムで実現するようにしてもよいのはいうまでもない。
【００９９】
４．送受電装置の構成例
他の実施の形態として、送電装置１としての非接触充電装置や非接触通信装置（リーダライタ等）から電力伝送を受けて、あるいはデータ伝送を受けて、自らの２次電池を充電し、機器本体を動作させる装置の場合に、自らが他の受電装置に対して送電装置となる場合がある。そのような機器をここでは、送受電装置ということにする。
【０１００】
送受電装置５０ａは、上述した送電装置１と同様の構成を有しており、同じ機能のものは、同じ符号で表わすこととする。
【０１０１】
送受電装置５０ａは、他の受電装置や送受電装置７０が備えるアンテナ７２ａと電磁界結合するアンテナ５２ａを有する送受信部５２を備える。また、送受電装置５０ａは、自らが備える２次電池５１を所定の駆動周波数の交流電力に変換して、送受信部５２のアンテナ５２ａを駆動するインバータ部５３を備える。また、送受電装置５０ａは、アンテナ５２ａの電流波形を取得する波形モニタ部５４と、波形モニタ部５４によって取得された電流値に基づいて、インバータ部５３に対して駆動周波数の設定を行う制御システム部５５とを備える。制御システム部５５は、送受電装置５０ａの動作手順を表すプログラムが書き込まれている記憶部５５ｂと、記憶部５５ｂの手順にしたがって送受電装置５０の動作を制御する制御部５５ａとを含んでいる。制御部５５ａは、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）やマイクロコントローラである。記憶部５５ｂは、たとえばマイクロコントローラに搭載されたマスクＲＯＭであってもよく、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等であってもよい。なお、これらに限定されるものではない。
【０１０２】
制御部５５ａは、記憶部５５ｂに格納されたプログラムにしたがって、アンテナ部５２ａを駆動する駆動周波数をインバータ部５３に対して設定する。インバータ部５３は、設定された駆動周波数の正弦波で発振し、アンテナ部５２ａを駆動する。他の送受電装置７０が、送送電装置５０の通信エリアにある場合には、アンテナ部７２ａによる共振回路の存在によりアンテナ部５２ａに流れる電流に変化が生じ、これを波形モニタ部５４で取得する。あるいは、他の送受電装置７０の位置に金属板のような異物がある場合にも、その電流値のピーク値を波形モニタ部５４によって取得する。
【０１０３】
記憶部５５ｂに格納されたプログラムにしたがって、駆動周波数を変更し、変更した駆動周波数に対するアンテナ部５２ａの電流のピーク値を取得することを所定の回数繰り返す。取得した駆動周波数ごとのピーク電流値をそれぞれ比較したパターンを取得することによって、あらかじめ取得している他の送受電装置７０の有無に対するピーク電流値のパターンと比較することによって、他の送受電装置７０の有無を制御部５５ａにおいて判定する。
【０１０４】
以上は、送受電装置５０ａの送電機能についての構成であり、送受電装置５０ａでは、さらに、アンテナ５２ａで受けた電力を直流に変換する整流部５６と、整流部５６で直流電力に変換された電力を用いて２次電池５１の充電制御を行う充電制御部５７とを備える。受電された電力は、充電制御部５７を介して、２次電池５１を充電するとともに、充電ＳＷ５８によって、機器本体６０を直接動作させるようにしてもよい。
【０１０５】
上述したように、送受電装置５０ａでは、自ら有する２次電池５１の電力を用いて、インバータ部５３を動作させて受電装置や他の送受電装置７０を検出することができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１  送電装置、２  インバータ部、３  送受信部、３ａ  アンテナ部、３ｂ，１１ｂ  可変容量コンデンサ、４  波形モニタ部、５  制御システム部、５ａ  制御部、５ｂ  記憶部、５０  受電装置、５０ａ  送受電装置、５１  ２次電池、５２  送受信部、５２ａ  アンテナ部、５３  インバータ部、５４  波形モニタ部、５５  制御システム部、５５ａ  制御部、５５ｂ  記憶部、５６  整流部、５７  充電制御部、５８  充電ＳＷ、６０  機器本体、７０  他の送受電装置
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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