(57)【要約】【課題】より確実に異物の検出が可能となる、または、通信が良好となる無接点給電方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、送電コイルを備える給電台に、受電コイルを内蔵する携帯機器をセットし、前記給電台の送電コイルに前記携帯機器の受電コイルを電磁結合して、前記送電コイルから前記受電コイルに電磁誘導作用で電力搬送すると共に、前記給電台から、前記携帯機器に正常に、信号又は電力が伝送できているか判定する。【選択図】図１
2015008554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電コイルを備える給電台に、受電コイルを内蔵する携帯機器をセットし、前記給電台の送電コイルに前記携帯機器の受電コイルを電磁結合して、前記送電コイルから前記受電コイルに電磁誘導作用で電力搬送すると共に、
前記給電台から、前記携帯機器に正常に、信号又は電力が伝送できているか判定することを特徴とする無接点給電方法。
【請求項２】
前記携帯機器から送電周波数もしくは送電電圧の少なくとも一方を送電装置に要求し、
要求された送電周波数もしくは送電電圧の少なくとも一方にて送電装置が電力をある決められた一定時間だけ送信し、
要求に対応して受電した電力値を記憶するとともに
その後、前記要求を行い、該要求に対応した受電した電力値を得て、前記記憶された電力値と比較する請求項１の無接点充電方法。
【請求項３】
前記携帯機器から送電周波数を送電装置に要求し、要求された送電周波数にて前記給電台が電力をある決められた一定時間だけ送信し、その期間に前記携帯機器がある決められた情報を送電装置に送信し、送電装置がその受電装置からの情報を受け取ることが可能かどうかを判定するとともにその可否を記憶し、
その後、前記情報を受け取ることが可能な周波数にて、充電を開始する請求項１の無接点充電方法。
【請求項４】
前記携帯機器から前記給電台に、通信方式であるFSKの所定の深さでの送電をリクエストし、
前記給電台が情報を受け取ることが可能かどうかを、判断し、
不可能な場合は、前記所定の深さを、増加させる請求項１の無接点充電方法。
【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）
【０００３】
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。
【０００４】
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】
【０００５】
【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】
【０００６】
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、異物検出したとき、充電を停止している。
【０００７】
本発明は、正常に、信号又は電力が伝送できているかを判定でき、より確実に異物の検出が可能となる、又は、通信が良好となる無接点給電方法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】
【０００８】
本発明の無接点給電方法は、送電コイルを備える給電台に、受電コイルを内蔵する携帯機器をセットし、前記給電台の送電コイルに前記携帯機器の受電コイルを電磁結合して、前記送電コイルから前記受電コイルに電磁誘導作用で電力搬送すると共に、前記給電台から、前記携帯機器に正常に、信号又は電力が伝送できているか判定することを特徴とする。
本発明の無接点給電方法は、前記携帯機器から送電周波数もしくは送電電圧の少なくとも一方を送電装置に要求し、要求された送電周波数もしくは送電電圧の少なくとも一方にて送電装置が電力をある決められた一定時間だけ送信し、要求に対応して受電した電力値を記憶するとともに、その後、前記要求を行い、該要求に対応した受電した電力値を得て
、前記記憶された電力値と比較する。
本発明の無接点給電方法は、前記携帯機器から送電周波数を送電装置に要求し、要求された送電周波数にて前記給電台が電力をある決められた一定時間だけ送信し、その期間に前記携帯機器がある決められた情報を送電装置に送信し、送電装置がその受電装置からの情報を受け取ることが可能かどうかを判定するとともにその可否を記憶し、その後、前記情報を受け取ることが可能な周波数にて、充電を開始する。
本発明の無接点給電方法は、前記携帯機器から前記給電台に、通信方式であるFSKの所定の深さでの送電をリクエストし、前記給電台が情報を受け取ることが可能かどうかを、判断し、不可能な場合は、前記所定の深さを、増加させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明においては、電力搬送時に、前記給電台から、前記携帯機器に正常に、信号又は電力が伝送できているか判定することができるので、使用中に正常かどうかを判定することができる。
本発明においては、送電装置が電力をある決められた一定時間だけ送信し、要求に対応して受電した電力値を記憶するとともに、その後、前記要求を行い、該要求に対応した受電した電力値を得て、前記記憶された電力値と比較するので、より確実に異物の検出が可能となる。
本発明においては、送電装置がその受電装置からの情報を受け取ることが可能かどうかを判定するとともにその可否を記憶し、その後、前記情報を受け取ることが可能な周波数にて、充電を開始するので、通信できない周波数を認識し充電には使用しないので、通信できない等の通信障害が生じることはない。
本発明においては、通信方式であるFSKの所定の深さでの送電をリクエストし、前記給電台が情報を受け取ることが可能かどうかを、判断し、不可能な場合は、前記所定の深さを、増加させるので、周波数変調深さを確認し、極力小さい深さを選択して情報を送信する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一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】FSK変調 (充電台Tx)側における信号を説明するグラフである。横軸は時間である。
【図３】FSK復調 (携帯機器Rx)側における信号を説明するグラフである。横軸は時間である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
ただし、本発明は、給電台を充電台として、携帯機器を電池内蔵機器に特定するもので
はない。携帯機器は照明器具や充電アダプタとして、給電台から携帯機器に給電して、携帯機器に電力供給することができる。照明の携帯機器は、給電台から給電される電力で光源を点灯し、充電アダプタの携帯機器は、給電台から給電される電力でもって、充電アダプタに接続される電池内蔵機器に電池の充電電力を供給して、電池内蔵機器の電池を充電する。また、携帯機器は、パック電池であっても良い。
【００１４】
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をコントロール回路１３で制御している。
【００１５】
コントロール回路１３は、携帯機器５０から伝送される情報信号で交流電源１２を制御して、送電コイル１１に供給する電力を調整する。
コントロール回路１３は、情報信号を復調する受信回路１４（復調回路）から入力される情報信号で、各種の制御、演算等を行う。また、コントロール回路１３からの情報信号を、
変調回路１５は、変調して、送電電力を搬送波として、携帯機器５０に送信される。
コントロール回路１３は、交流電源１２の出力を最大出力に以下に調整し、あるいはあらかじめ設定している設定電力以下に調整する。
【００１６】
給電台１０は、送電コイル１１を受電コイル５１に電磁結合して、送電コイル１１から受電コイル５１に電力搬送、すなわち給電する。
【００１７】
給電台１０と携帯機器５０は、携帯機器５０を給電台１０の定位置にセットする位置決め部機構を設けて、携帯機器５０を給電台１０の定位置にセットすることができる。位置決め部機構は、受電コイル５１を送電コイル１１に接近させるように、携帯機器５０を給電台１０の定位置にセットする。送電コイル１１に接近する受電コイル５１は、電磁誘導作用で送電コイル１１から受電コイル５１に電力搬送して給電する。
【００１８】
図２の位置決め部機構２２は、給電台１０の定位置に携帯機器５０をセットする嵌合構造である。図２の嵌合構造は、給電台１０の上面に携帯機器５０を嵌入する嵌入凹部２３を設けて、嵌入凹部２３に携帯機器５０を入れて定位置にセットしている。図示しないが、位置決め部機構は、給電台と携帯機器との対向面に嵌合構造の凹凸を設けて、携帯機器を給電台の定位置にセットすることもできる。嵌合構造は、携帯機器の位置ずれを防止できる。しかしながら、この構造の給電台も、携帯機器との間に異物がセットされることがあり、また給電中に携帯機器の近傍に金属製の異物がセットされることがあるので、エラー検出して、異物検出や異常判定する必要はある。
【００１９】
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。
【００２０】
交流電源１２は、コントロール回路１３でもって送電コイル１１に供給する電力が調整
されて、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。
【００２１】
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、あるいは異物検出し、あるいはまた異常判定する状態で、携帯機器５０から伝送される信号で送電コイル１１への電力供給を停止して、電池５２の充電を停止する。
【００２２】
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を充電する充電電流や電圧を調整する充電制御回路５３と、携帯機器５０の情報信号を給電台１０に伝送する伝送回路５４（変調回路）と給電台１０からの情報信号を復調する復調回路５５とを備える。
【００２３】
電池５２は、リチウムイオン電池又はリチウムポリマー電池である。ただし、電池は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池などの充電できる全ての電池とすることができる。携帯機器５０は、１個ないし複数の電池５２を内蔵している。複数の電池５２は、直列又は並列に接続され、あるいは直列と並列に接続される。
【００２４】
整流回路５６は、図示しないが、受電コイル５１に誘導される交流をダイオードブリッジで全波整流して脈流を平滑コンデンサーで平滑化する。整流回路は、ダイオードブリッジで交流を整流するが、整流回路には、ＦＥＴをブリッジに接続して、交流に同期してＦＥＴをオンオフに切り換えて整流する同期整流回路も使用できる。ＦＥＴの同期整流回路はオン抵抗が小さく、整流回路の発熱を少なくして、携帯機器のケース内温度の上昇を少なくできる。また、平滑コンデンサーは必ずしも必要でなく、ダイオードブリッジや同期整流回路の出力で電池を充電することもできる。
【００２５】
充電制御回路５３は、リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池等を定電圧・定電流充電し、またニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池を定電流充電する。さらに、充電制御回路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（変調回路）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や携帯機器５０の情報信号を受信回路１４（復調回路）で検出する。給電台１０は、携帯機器５０からの情報信号
を検出し、コントロール回路１３で交流電源１２を制御する。給電台１０は、満充電信号を検出すると、送電コイル１１への電力供給を停止させる。
【００２６】
伝送回路５４（変調回路）は、充電制御回路５３からの情報を基に、携帯機器５０から給電台１０に、電池５２の満充電信号、充電している電池５２の電圧、充電電流、電池温度、電池のシリアル番号、電池の充電電流を特定する許容充電電流、電池の充電をコントロールする許容温度等の電池情報などの種々の情報信号を給電台１０に伝送する。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に種々の情報信号を伝送する。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情報信号を給電台１０に伝送す
る。
【００２７】
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から伝送される情報信号を検出する。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の情報信号を検出することができる。
【００２８】
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情報信号の受信回路は、搬送波を受信して、情報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情報信号を伝送できる全ての回路構成とすることができる。
復調回路５５は、給電台１０からの情報信号を復調して、充電制御回路５３を送信し、充電制御回路５３において、この情報信号に基づいて、各種の制御、演算を行う。
【００２９】
本第１実施例においては、以下の手順で、充電を進める。
(1)充電を行う前、携帯機器Rxから第１周波数として130KHzと電圧6Vでの送電を給電台Txにリクエストする。
(2)給電台Txからリクエストされた周波数・電圧で電力を所定時間（例えば、1秒間）送信する。
(3)携帯機器Rx側で受電電力値（充電制御回路５３にて電流、電圧を測定して電力値を算出する）をモニターし、携帯機器Rx側の充電制御回路５３内のマイコンにより記憶する。また、これに代わって、受電電力値を給電台Txに送信し、給電台Tx側のコントロール回路１３内のマイコンで記憶してもよい。
(4)周波数を第２周波数として140KHz, 第３周波数として150KHz と変えて、(1)〜(4)を繰り返す。
これにより、正常時の各周波数での受電電力値を、得て、記憶、保存することができる（受電電力値入手時）。
(5)その後、充電電力を伝達することにより、充電を開始、進める。
(7)所定の期間毎として、一定期間毎（例えば30秒毎）に、受電電力値入手時と同様に、携帯機器Rxから第1周波数として周波数130KHzと電圧6Vでの送電をリクエストする。
(8)給電台Txから、リクエストされた周波数・電圧で電力を1秒間送信する。
(9)携帯機器Rx側で受電電力値をモニターし、充電制御回路５３にて、上述受電電力値入手時に記憶した受電電力値と比較する。
（給電台Tx側で記憶している場合は、受電電力値を給電台Tx側に送信し、給電台Tx側のコントロール回路１３内で比較する）
(10)比較結果として差（変化量）が大きい場合、例えば、受電電力値入手時時よりも受電電力が所定割合（例えば、80%）以下に低下している場合、Tx-Rx間に金属異物、非金属異物が挟まれたと、または、位置ずれが発生したと、判断し、正常な電力伝送ができていないとして、送電を停止する。
(11) 受電電力値入手時と同様に、周波数を 140KHz, 150KHz と変化させて、(7)〜(8)を繰り返す。異なる周波数にて、受電電力を得ることより、特定の周波数では発見できない異物、位置ずれ等を、発見することができる。
従来の送電効率や温度変化による検知と組み合わせて、より確実に異物の検出が可能となる。
【００３０】
本第２実施例においては、以下の手順で、充電を進める。
(1)充電開始前、携帯機器Rxから周波数110KHzと電圧6Vでの送電を給電台Txにリクエストする。
(2)給電台Txからリクエストされた周波数・電圧で電力を所定時間（例えば、0.2秒間）送信する。
(3)給電台Txからリクエストした周波数・電圧で電力が送信されている間に、携帯機器Rx側からパケット信号を送信する。
(4)給電台Tx側の復調回路１４で復調し、携帯機器Rxから送られてくるパケット信号を復調して、認識できるかをコントロール回路１３（マイコン、メモリー内蔵）判断し、その可否を、メモリーに記憶する。
(5)周波数を2KHzだけ増やして、(1)〜(4)を繰り返す。
(6)周波数が140KHzに達するまで、(1)〜(5)を繰り返し、各周波数での復調可否情報（換言すれば、通信できない周波数の情報）を取得し、コントロール回路１３のメモリーに記憶する。
(7)その後、充電電力を伝達することにより、充電を開始、進める。
(8)充電中に、給電台Txからの周波数を変化させることで、伝送効率（受電電力/送電電力）がより高くなる周波数を見つけて、その周波数で充電する動作を行う。このとき、充電開始前に記憶した復調可否情報に基づき、復調不可となる周波数はスキップして、通信可能な周波数を変化させながら伝送効率が高くなる周波数を見つける。このとき、伝送効率は、携帯機器Rxから電流、電圧又は電力値を、送信し、給電台Txのコントロール回路１３内にて、演算される。
本第２実施例においては、充電時に、給電台Txからの周波数を変化させることで、伝送効率（受電電力/送電電力）がより高くなる周波数を見つけて、その周波数で充電するので、効率良く充電できると共に、充電前に通信できない周波数を認識し充電には使用しないので、通信できない等の通信障害が生じることはない。
【００３１】
本第３実施例は、以下のようにして、充電される。
(1)充電開始前、または、充電開始後、所定の期間毎として、一定期間毎（例えば30秒毎）に、携帯機器Rxから給電台Tx に、後述するFSK深さ１での送電をリクエストする。
(2)給電台Txから、リクエストされたFSK深さでパケット（&電力）を送信する。
(3)携帯機器Rx側で給電台Txから送信されてくるパケットを復調できるかを、充電制御回路５３にて、判断する。
復調可能な場合は、下記の(4)の工程へ進む。
復調不可の場合は、FSK深さを1つ上げて、上記(1)〜(3)を繰り返す
(4)一定期間毎（例えば30秒毎）に、(1)〜(3)を繰り返す
これにより、周波数変調深さを確認し、極力小さい深さを選択して情報を送信する。
このように、正しく情報送信可能となる極力小さい深さを選択して送信を行うようにし、これにより、周波数変調により発生する送電電力変化に伴う受電装置の出力に発生するリップル、周波数変化に伴う不要輻射などを抑制することが可能となる。
次に、本第３実施例において、利用される周知である通信方式FSK（Frequency Shift Keying）（周波数偏移変調）について、説明する。異なる周波数の波を組み合わせ、それぞれの周波数に値を対応させて情報を表現し、2値としては、0のとき低周波数、1のとき高周波数といったように割り当てる。
【００３２】
図２に示すように、FSK変調 (充電台Tx)側においては、伝送周波数Fclkとして、２つの周波数Fop(通常の周波数) 又はFmod(変調周波数)を利用する。例えば、Fop=100KHz, Fmod=100.31KHzを、利用する。
Fop と Fmod は、32MHzクロックパルスより作成され、Fop と Fmodの波長幅は、32MHzクロックパルスの波長幅 、1クロック分の波長幅の差となる。
そして、512周期（１波長分が１周期に相当）x Fclk = (256周期 x Fclk) x 2cycle で 1bit 分を通信する。
通信データが “0” の場合は、2cycle(=512・Fclk) とも同じ周波数（Fop or Fmod固定)である。 
通信データが “1” の場合は、1cycle(=256・Fclk) づつ周波数を切替える(Fop ⇔ Fmod) ときである。また、次の通信データに移行する際に、周波数を切替える
【００３３】
図３において、FSK復調 (携帯機器Rx)側においては、伝送周波数 Fclk の 256クロック分を、通信機器に障害が少ない低い周波数である 8MHz クロックでカウントする。
カウント値として、Fclk=Fop の時と、Fclk=Fmod の時とで差が生じるので、所定の値だけ差が生じた時に、Fop と Fmod が入替ったことを検知できる。所定の値は周波数に因らず 64 となる。
FopとFmodの１周期の差は、変調側では32MHz 1クロック分であるが、 復調側では Fclk 4クロック分で 8MHz 1クロック分となる。よって、 Fclk 256周期でのクロック分では 8MHz 64クロック分（=256/4)の差が、Fopに対して、Fmodに生じる。Fopの時のカウント値を基準とした値とするときは、図３に示すように、Fopでは０、Fmodでは＋６４となる。
実際には、エラー耐性向上のため、変調深さ（Fop と Fmod のクロック分の差）を可変できる。
上記説明では、この変調深さを 32MHz の 1クロック分の時間差で説明したが、1,2,4,8 クロック分の４種類から選択できる。
また Fmod を Fop に対して変調深さ分だけ高周波数とするのか低周波数とするのか、極性を選択できる。
【符号の説明】
【００３４】
１０、Tx…給電台                    １０Ａ…充電台
１１…送電コイル
１２…交流電源
１３…コントロール回路 
１４…受信回路（復調回路）
１５…変調回路
１６…移動機構
２０…ケース
２１…上面プレート
２２…位置決め部機構
２３…嵌入凹部
５０、Rx…携帯機器                  ５０Ａ…電池内蔵機器
５１…受電コイル
５２…電池
５３…充電制御回路
５４…伝送回路（変調回路）
５５…復調回路        
５６…整流回路
【図１】
2015008554.tif 000003
【図２】
2015008554.tif 000004
【図３】
2015008554.tif 000005