(57)【要約】【課題】金属製異物あるいは位置ずれの検出をする。【解決手段】送電コイル１１を備える充電台１０Aに、受電コイル５１を内蔵する電池内蔵機器５０Ａをセットし、前記充電台１０Ａの送電コイル１１に前記電池内蔵機器５０Ａの受電コイル５１を電磁結合して、送電コイル１１から前記受電コイル５１に電磁誘導又は磁界結合作用で電力搬送し、充電台１０Aから前記電池内蔵機器５０Ａに給電される受信電力を、前記電池内蔵機器５０Ａ内の制御部５３が検出、演算し、電池内蔵機器５０Ａ内の制御部５３が、受信電力の変化量を算出することにより、金属製異物あるいは位置ずれの検出をする。【選択図】図２
2015104141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電コイル(11)を備える充電台(10A)に、受電コイル(51)を内蔵する電池内蔵機器(50A)をセットし、前記充電台(10A)の送電コイル(11)に前記電池内蔵機器(50A)の受電コイル(51)を電磁結合して、前記送電コイル(11)から前記受電コイル(51)に電磁誘導又は磁界結合作用で電力搬送し、
前記充電台(10A)から前記電池内蔵機器(50A)に給電される受信電力を、前記電池内蔵機器(50A)内の制御部(53)が検出、演算し、
前記電池内蔵機器(50A)内の制御部(53)が、前記受信電力の変化量を算出することにより、金属製異物あるいは位置ずれの検出をすることを特徴とする無接点給電方法。
【請求項２】
前記電池内蔵機器(50A)内の制御部(53)にて、前記受信電力の変化量が、閾値以上のとき、金属製異物あるいは位置ずれの検出とする請求項１の無接点給電方法。
【請求項３】
前記電池内蔵機器(50A)内の制御部(53)にて、前記受信電力の変化量またはこれに対応するポイントを累積し、この累積値が閾値以上のとき、金属製異物あるいは位置ずれの検出とする請求項１の無接点給電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送電コイルと受電コイルとを電磁結合するように互いに接近して配置し、送電コイルから受電コイルに電磁誘導作用で給電する無接点給電方法に関し、とくに給電台に異物がセットされたことを検出する無接点給電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
送電コイルを内蔵する給電台に、受電コイルを内蔵する携帯機器をセットして、送電コイルから受電コイルに電力搬送する無接点給電方法は開発されている。（特許文献１参照）
この無接点給電方法は、給電台を充電台とし、携帯機器を電池内蔵機器として、充電台から電池内蔵機器に電力搬送して、電池内蔵機器の電池を充電する。無接点充電するために、給電台の送電コイルに、携帯機器の受電コイルを接近させて、送電コイルから受電コイルに給電する。受電コイルに誘導される電力で内蔵電池が充電される。この給電方法は、コネクタを介して携帯機器を給電台に接続する必要がなく、無接点方式で携帯機器に電力搬送できる。
【０００３】
この給電方法は、給電台から給電している状態で、給電台にクリップなどの金属片からなる異物が載せられると、異物に誘電電流が流れてジュール熱で発熱する弊害がある。また、異物に誘導電流が流れて無駄に電力を消費するので、給電台から携帯機器に効率よく給電できない欠点もある。この欠点を解消するために、特許文献１の充電台は、異物を検出する温度センサを上面に縦横に並べて多数に配置している。温度センサは、充電台に載せられて異物が発熱するのを検出する。この充電台は、上に金属製の異物を載せる状態で、送電コイルに交流電力を供給すると、異物に誘電電流が流れて発熱するので、この異物の発熱を、近くに配置している温度センサで検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１７５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上の充電台は、異物を検出するための温度センサと、この温度センサの検出温度から異物判定する判定回路を設ける必要があるので、異物検出のための回路構成が複雑で製造コストが高くなる欠点がある。また、温度センサから離れてセットされる異物を安定して確実に検出できなかったり、検出時間が相当に遅くなって異物が高温に発熱する等の欠点がある。さらに、以上の充電台は、異物の発熱を温度センサで検出して異物がセットされたことを判定するので、異物を検出する状態で異物が異常な高温に加熱されて、安全に異物検出できない欠点もある。
【０００６】
さらに、無接点給電方法は、送電コイルと受電コイルとを電磁結合して電力搬送するので、受電コイルと送電コイルとの相対位置がずれると送電効率が低下する欠点がある。この状態は、たとえば、給電台から携帯機器に電力搬送している状態で、携帯機器が振動などが原因で位置ずれすることで発生する。送電効率が低下すると、携帯機器の受電電力が低下し、また携帯機器と給電台との間の通信も不安定になって正常な給電を実現できなくなる。
【０００７】
本発明は、さらに以上の欠点を解消することを目的に開発されたもので、本発明の大切
な目的は、簡単な回路構成で製造コストを安価にしながら、セットされる異物を安定して確実に検出できる無接点給電方法を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の大切な目的は、速やかに異物がセットされたことを検出できる無接点給電方法を提供することにある。
【０００９】
さらにまた、本発明の他の大切な目的は、送電コイルと受電コイルとの相対的な位置ずれからなる異常判定も検出できる無接点給電方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の無接点給電方法は、送電コイル11を備える充電台10Aに、受電コイル51を内蔵する電池内蔵機器50Aをセットし、前記充電台10Aの送電コイル11に前記電池内蔵機器50Aの受電コイル51を電磁結合して、前記送電コイル11から前記受電コイル51に電磁誘導又は磁界結合作用で電力搬送し、前記充電台10Aから前記電池内蔵機器50Aに給電される受信電力を、前記電池内蔵機器50A内の制御部53が検出、演算し、前記電池内蔵機器50A内の制御部53が、前記受信電力の変化量を算出することにより、金属製異物あるいは位置ずれの検出をすることを特徴とする。
【００１１】
また、前記電池内蔵機器50A内の制御部53にて、前記受信電力の変化量が、閾値以上のとき、金属製異物あるいは位置ずれの検出とする。
【００１２】
更に、前記電池内蔵機器50A内の制御部53にて、前記受信電力の変化量またはこれに対応するポイントを累積し、この累積値が閾値以上のとき、金属製異物あるいは位置ずれの検出とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明においては、受信電力の変化量を算出することにより、金属製異物あるいは位置ずれの検出をする。また、2次側である電池内蔵機器内の制御部にて、上記検出ができることより、簡便な構造、方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例にかかる無接点給電方法で電力搬送する給電台と携帯機器のブロック図である。
【図２】本発明の実施例のフローである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための無接点給電方法を例示するものであって、本発明は無接点給電方法を以下の方法や回路構成に特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１６】
図１は、本発明の無接点給電方法で電力搬送する給電台と携帯機器を示すブロック図である。この図は、給電台１０の上に携帯機器５０を載せて、給電台１０から携帯機器５０に給電する状態を示している。以下の実施例は、給電台１０を充電台１０Ａとし、携帯機器５０を電池内蔵機器５０Ａとして、充電台１０Ａから電池内蔵機器５０Ａに給電して、電池内蔵機器５０Ａの電池５２を充電する状態を示している。
【００１７】
図１の携帯機器５０は電池内蔵機器５０Ａで、この携帯機器５０は、給電台１０の送電
コイル１１に電磁結合又は磁界結合される受電コイル５１を内蔵している。受電コイル５１に誘導され
る受電電力で電池５２を充電する。したがって、図１の携帯機器５０は、電池５２と、受電コイル５１と、この受電コイル５１に誘導される交流を直流に変換する整流回路５６と、整流回路５６から出力される直流で電池５２を充電する。電池５２の充電電流を検出する電流検出回路５７と、電流検出回路５７で検出される検出電流値、電池電圧値等が入力されるマイコンを含む制御部５３を備えている。
【００１８】
制御部５３は、入力された電流値、電池電圧値等の電池情報を、２進法の情報として伝送できるように、給電台１０に伝送する伝送回路５４とを備える。また、制御部５３は、電流値、電池電圧値（整流後の電圧値）を検出して、これらの値を、電池５２がリチウムイオン電池であるならば、最大電圧値、最大電流値に規制される定電圧定電流充電となるように増減要求信号を伝送回路５４より出力する。
【００１９】
また、制御部５３は、満充電を検出したときに、電池５２への充電を停止するスイッチ５８を制御し、また、電池充電、後述する負荷Lへの電力供給を制御するスイッチ５９を制御する。
【００２０】
図１は、携帯機器５０を電池内蔵機器５０Ａとして、受電電力で、電池５２を充電すると共に、携帯機器５０（例えば、スマートフォン、タブレット型パーソナルコンピュータ）の負荷Lを駆動する。
【００２１】
制御部５３は、電池５２の満充電を検出して、満充電信号を伝送回路５４を介して給電台１０に伝送する。給電台１０は、伝送回路５４から伝送される満充電信号を受信回路１４で検出する。満充電信号を検出すると、受信回路１４から2進法の信号を、マイコンを含む1次側制御部１３が、判別し、交流電源１２を制御して、送電コイル１１への電力供給を停止させる。
【００２２】
伝送回路５４は、携帯機器５０から給電台１０に、給電台１０の出力を増加又は減少するための増加要求信号と減少要求信号、電池５２の充電電流、電池５２の電圧、電池５２の満充電信号、ＩＤ信号などの種々の伝送信号を伝送する。伝送回路５４は、受電コイル５１の負荷インピーダンスを変化させて、送電コイル１１に種々の伝送信号を伝送する。この伝送回路５４は、図示しないが、受電コイル５１に変調回路を接続している。変調回路は、コンデンサーや抵抗等の負荷とスイッチング素子とを直列に接続して、スイッチング素子のオンオフを制御して種々の伝送信号を給電台１０に伝送する。
【００２３】
給電台１０の受信回路１４は、送電コイル１１のインピーダンス変化、電圧変化、電流変化等を検出して、伝送回路５４から伝送される伝送信号を検出する。受電コイル５１の負荷インピーダンスが変化すると、これに電磁結合している送電コイル１１のインピーダンスや電圧や電流が変化するので、受信回路１４は、これ等の変化を検出して、携帯機器５０の伝送信号を検出することができる。
【００２４】
ただし、伝送回路は、搬送波を変調して伝送する回路、すなわち送信機とすることもできる。この伝送回路から伝送される伝送信号の受信回路は、搬送波を受信して、伝送信号を検出する受信器である。伝送回路と受信回路とは、携帯機器から給電台に伝送信号を伝送できる全ての回路構成とすることができる。
【００２５】
電流検出回路５７は、電池５２の充電電流を検出する。図２の電流検出回路５７は、電池５２と直列に接続している電流検出抵抗５７Ａと、この電流検出抵抗５７Ａの両端の電圧を増幅する差動アンプ５７Ｂとを備えており、差動アンプ５７Ｂの出力から電池５２の
充電電流を検出する。電池５２の充電電流は整流回路５６の出力、すなわち受電コイル５１に誘導される電力の出力となる。したがって、電池５２の充電電流は、整流回路５６の出力電流を検出して検出することができ、また、受電コイル５１の出力を検出して検出することもできる。
【００２６】
給電台１０は、ケース２０の上面に、携帯機器５０を一定の位置にセットして載せる上面プレート２１を設けて、この上面プレート２１の内側に送電コイル１１を配置している。送電コイル１１は、交流電源１２を接続して、交流電源１２を1次側制御部１３で制御している。
【００２７】
1次側制御部１３は、携帯機器５０から伝送される増減要求信号で交流電源１２を
制御して、送電コイル１１に供給する電力を調整する。1次側制御部１３は、受信回
路１４から入力される増加要求信号で送電コイル１１に出力する電力を増加し、減少要求信号で送電コイル１１への出力を小さくして、携帯機器５０から要求された要求電力を給電する。すなわち、交流電源１２の最大出力を出力電力閾値に制限する。
【００２８】
送電コイル１１は、上面プレート２１と平行な面で渦巻き状に巻いてなる平面コイルで、上面プレート２１の上方に交流磁束を放射する。この送電コイル１１は、上面プレート２１に直交する交流磁束を上面プレート２１の上方に放射する。送電コイル１１は、交流電源１２から交流電力が供給されて、上面プレート２１の上方に交流磁束を放射する。送電コイル１１は、磁性材からなるコア（図示せず）に線材を巻いてインダクタンスを大きくできる。コアのある送電コイルは、磁束を特定部分に集束して、効率よく電力を受電コイルに伝送できる。ただ、送電コイルは、必ずしもコアを設ける必要はなく、空芯コイルとすることもできる。空芯コイルは軽いので、送電コイルを上面プレートの内面で移動させる構造にあっては、移動機構を簡単にできる。送電コイル１１は、受電コイル５１の外径にほぼ等しくして、受電コイル５１に効率よく電力搬送する。
【００２９】
交流電源１２は、たとえば、２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波電力を送電コイル１１に供給する。送電コイル１１を受電コイル５１に接近するように移動させる給電台１０は、交流電源１２を、可撓性のリード線を介して送電コイル１１に接続している。交流電源１２は、発振回路と、この発振回路から出力される交流を電力増幅するパワーアンプと備える。
【００３０】
給電台１０は、送電コイル１１を受電コイル５１に接近させた状態で、交流電源１２で送電コイル１１に交流電力を供給する。送電コイル１１の交流電力は、受電コイル５１に搬送されて、電池５２を充電する。給電台１０は、電池５２が満充電されると、携帯機器５０から伝送される満充電信号で送電コイル１１への電力供給を停止して、電池５２の充電を停止する。
【００３１】
ここで、具体的には、電池５２がリチウムイオン電池の場合には、制御部５３は
、電池５２を定電圧・定電流充電する。給電台１０は、携帯機器５０の電池５２の電圧、電流等の電池情報により、例えば、最大４．２Ｖで充電する場合、電池電圧が４．２Ｖ以下のときは所定の定電流となるように、受信回路１４が受信する増減要求信号に基づいてコントロール回路１３が交流電源１２を制御して、送電コイル１１への出力を調整（詳細には、出力アップ要求と、出力ダウン要求が交互に出る）する。送電コイル１１への出力が調整されて、充電される電池電圧が４．２Ｖとなると、給電台１０は、電池電圧を４．２Ｖに維持できるように、受信回路１４が受信する増減要求信号に基づいてコントロール回路１３が交流電源１２を制御して、送電コイル１１への出力を調整（詳細には、出力アップ要求と、出力ダウン要求が交互に出る）する。
【００３２】
また、制御部５３においては、上述のように、検出した電流値、電圧値を掛け算することにより、受電電力(Rectified Power)を得ることができる。
【００３３】
ここで、受信電力(Received Power） ＝  受電電力(Rectified Power) ＋  システムロス分(Ploss）
システムロス分(Ploss）については、回路基板での損失、空気での損失等がある。このシステムロス分(Ploss）は、電流、電圧が増加するほど、増加するので、制御部５３において、電流値、電圧値に対応して記憶、算出または演算されたシステムロス分(Ploss）を算出し、受電電力(Rectified Power)を加えることにより、受信電力(Received Power）を得る。
【００３４】
送電電力(Transmitted Power）は、送電コイル１１より、送電される電力である。とするとき、
通常時であれば、送電電力(Transmitted Power）= 受信電力(Received Power）となる。
金属異物挿入時には、金属異物に電力が与えられることより、送電電力(Transmitted Power） ≠受信電力(Received Power）となる。携帯機器５０の制御部５３は、算出された受信電力(Received Power）の値を、伝送回路５４、受電コイル５１、送電コイル１１を介して、受信回路１４に伝達され、1次側制御部１３にて、その値を得ることができる。そして、1次側制御部１３にて、送電電力(Transmitted Power）の値と、受信電力(Received
Power）の値とを比較して、その差が所定値以上あれば、金属異物が存在すると、1次側制御部１３が判定し、交流電源１２の出力を停止させ、電力送電を停止することができる。
【００３５】
次に、本実施例について、詳細に説明する。
本実施例においては、携帯機器５０の制御部５３は、算出された受信電力(Received Power）の変化量を算出することより、金属製異物あるいは位置ずれを検出する。そして、受信電力の変化量が、閾値以上のとき、金属製異物あるいは位置ずれの検出とする。または、受信電力の変化量またはこれに対応するポイントを累積し、この累積値が閾値以上のとき、金属製異物あるいは位置ずれの検出とする。
【００３６】
ここにおいては、位置ずれとは、充電台１０Ａの送電コイル１１と、電池内蔵機器５０Ａの受電コイル５１の中心が同軸となり、最も効率が良い位置関係より、位置がずれたことを意味しており、位置ずれ状態では、効率が悪いので、充電を停止する。
【００３７】
以上の検出方法にて、金属製異物を、携帯機器５０の制御部５３が検出したとき、この検出信号或いはこれに対応した信号を、伝送回路５４、受電コイル５１、送電コイル１１を介して、受信回路１４に伝達し、1次側制御部１３に送ることができる。そして、これら信号を受信した1次側制御部１３においては、以下のように、制御することができる。また、携帯機器５０の制御部５３の信号により、以下のように、1次側を制御することができる。
１．交流電源１２の出力を停止させ、電力送電を停止することができる。
２．送電電力を下げるように制御し、金属製異物の発熱を抑えることができる。
３．一旦、送電を停止し、一定時間経過後に送電を開始する。
【００３８】
次に、図２を用いて、本実施例のフローを説明する。
ステップＳ１にて、充電が開始され、ステップＳ２において、設定時間が経過したかどうかが判断される。
設定時間が経過したら、ステップＳ３において、携帯機器５０の制御部５３にて、受信電力(Received Power）の測定、算出と、前回の算出値との変化量の算出を、周期的に行う。また、変化量またはこれに対応する（重み付け）ポイントの累積を行う。
【００３９】
ステップ４においては、上記変化量が小さいか、マイナスの変化量かを判定し、Ｙｅｓであれば、ステップＳ８にて、ポイント加算値（累積値）を減算、または、リセットする。
【００４０】
そして、ステップＳ４にて、Ｎｏのとき、ステップＳ５にて、変化量が閾値以上か、または、加算ポイントが（第二の）閾値以上かが、判定される。
【００４１】
ステップＳ５において、Ｙｅｓであれば、ステップＳ６で、エラー検出（金属製異物の検出、または、位置ずれの検出）を行い、ステップＳ７にて、携帯機器５０の制御部５３の指示にて、供給電力（電流）を絞る、または、送電を停止する。
【符号の説明】
【００４２】
Ｌ…負荷
１０…給電台                    １０Ａ…充電台
１１…送電コイル
１２…交流電源
１３…１次側制御部     
１４…受信回路
２０…ケース
２１…上面プレート
５０…携帯機器                  ５０Ａ…電池内蔵機器
５１…受電コイル
５２…電池
５３…制御部    
５４…伝送回路
５６…整流回路
５７…電流検出回路              ５７Ａ…電流検出抵抗
５７Ｂ…差動アンプ
５８…スイッチ
５９…スイッチ
【図１】
2015104141.tif 000003
【図２】
2015104141.tif 000004