(57)【要約】無線送電装置は、自励式の発振回路と、前記発振回路の発振周波数または／かつ前記発振回路の出力電圧を検出する検出回路と、前記受電装置の位置を検出するために前記発振回路で出力されたエネルギーを出力する検出共振器と前記検出回路の検出結果に基づいて、前記受電装置と前記検出共振器への近接の程度を検出する制御回路を備える。
2015015690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受電装置に非接触で電力を伝送する無線送電装置であって、
自励式の発振回路と、
前記発振回路の発振周波数または／かつ前記発振回路の出力電圧を検出する検出回路と、
前記受電装置の位置を検出するために前記発振回路で出力されたエネルギーを出力する検出共振器と前記検出回路の検出結果に基づいて、前記受電装置と前記検出共振器への近接の程度を検出する制御回路を備える無線送電装置。
【請求項２】
前記検出回路は、前記発振周波数が予め設定された閾値よりも大きくなった時、前記受電装置と前記検出共振器との位置あわせが完了したことを示す情報を出力する、請求項１に記載の無線送電装置。
【請求項３】
前記検出回路は、前記発振回路から出力される電圧の振幅が予め設定された閾値よりも小さくなった時、前記受電装置と前記検出共振器との位置あわせが完了したことを示す情報を出力する、請求項１または２に記載の無線送電装置。
【請求項４】
前記発振回路が発振している時の前記検出共振器のＱ値は１００以上である、請求項１から３のいずれかに記載の無線送電装置。
【請求項５】
前記発振周波数は、受電装置の共振器の共振周波数と実質的同一である請求項１から４のいずれかに記載の無線送電装置。
【請求項６】
前記発振周波数は、前記検出コイルの自己共振周波数よりも低く設定される、請求項１から５のいずれかに記載の無線送電装置。
【請求項７】
前記発振周波数は、前記検出共振器の共振周波数よりも高く設定される、請求項１から６のいずれかに記載の無線送電装置。
【請求項８】
検出送電共振器と
前記検出送電共振器に接続され、送電用の交流エネルギを出力する送電回路と、
前記検出送電共振器および前記発振回路の間の電流の導通状態を切り換える第１のスイッチと、
前記第１のスイッチをオンにして前記発振回路を動作させる位置あわせモード、および前記スイッチをオフにして前記送電回路を動作させる送電モードを切り替える制御回路と、
をさらに備える請求項１から７のいずれかに記載の無線送電装置。
【請求項９】
前記検出送電共振器は、コンデンサと、前記発振回路に対して前記検出コイルと並列に接続されたインダクタとをさらに含み、
前記無線送電装置は、前記発振回路から出力された電流の前記インダクタへの導通状態を切り換える第２のスイッチをさらに備え、
前記検出回路は、前記第２のスイッチをオンにした状態およびオフにした状態の一方の状態で、前記発振周波数の変化に基づいて、近接物体が前記受電コイルであるか否かを検出し、他方の状態で、前記発振周波数の変化に基づいて、前記受電コイルの近接の程度を検出する請求項１から８のいずれかに記載の無線送電装置。
【請求項１０】
前記検出回路の検出結果に基づいて光源を発光させる光源制御回路をさらに備える請求項１から９のいずれかに記載の無線送電装置。
【請求項１１】
前記光源制御回路は、前記検出回路が検出した前記受電コイルの前記検出コイルへの近接の程度に応じて発光させる光源を変化させる請求項１０に記載の無線送電装置。
【請求項１２】
前記光源をさらに備える請求項１０または１１に記載の無線送電装置。
【請求項１３】
前記検出回路の検出結果を示す情報をディスプレイに表示させる表示制御回路をさらに備える請求項１から１２のいずれかに記載の無線送電装置。
【請求項１４】
前記ディスプレイは、前記受電共振器を有する受電装置に搭載されている請求項１３に記載の無線送電装置。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載の無線送電装置と、
前記受電共振器を有する受電装置と、
を備える無線電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、非接触で電力を伝送する無線送電装置及び無線電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機や電気自動車などの移動性を伴う電子機器やＥＶ機器において、無線充電を行うために、コイル間の誘導結合を用いた無線電力伝送技術の開発が進んでいる。無線電力伝送システムは、送電コイル（送電アンテナ）を備えた送電装置と、受電コイル（受電アンテナ）を備えた受電装置とを含む。そして、送電コイルによって生じた磁界を受電コイルが捕捉することにより、電極を直接に接触させることなく電力を伝送することができる。【０００３】
特許文献１は、このような無線電力伝送システムの一例を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−６４６０号公報
【発明の概要】
【０００５】
本開示の一態様に係る無線電力伝送システムの無線送電装置は、受電装置に非接触で電力を伝送する無線送電装置であって、自励式の発振回路と、前記発振回路の発振周波数または／かつ前記発振回路の出力電圧を検出する検出回路と、前記受電装置の位置を検出するために前記発振回路で出力されたエネルギーを出力する検出共振器と前記検出回路の検出結果に基づいて、前記受電装置と前記検出共振器への近接の程度を検出する制御回路を備える。
【０００６】
本開示の一態様に係る無線電力伝送システムの無線送電装置は、異なる電気特性を有する種々の受電コイルに対応した位置あわせを実現できる。
【０００７】
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または、記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【０００８】
本開示の一態様に係る無線送電装置は、異なる電気特性を有する種々の受電コイルに対応した正確な位置あわせを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態１に係る無線電力伝送システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る無線電力伝送システムの動作原理を説明するブロック図である。
【図３】図３は、実施形態１に係る無線電力伝送システムの動作原理を説明するための図である。
【図４】図４は、実施形態１に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図５Ａ】図５Ａは、実施形態１における発振回路１５０の回路構成例を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、実施形態１における送電回路１６０の回路構成例を示す図である。
【図６】図６は、実施形態１に係る無線電力伝送装置の位置あわせ動作の一例を示すフローチャートである。
【図７】図７は、実施形態２に係る無線電力伝送装置の概略構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、実施形態３に係る無線電力伝送装置の概略構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、実施形態３における送電装置１００の構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、実施形態３における発振回路１５０および送電回路１６０の具体的な構成例を示す回路図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、実施形態３における動作モード１でのスイッチの状態を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、実施形態３における動作モード２でのスイッチの状態を示す図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、実施形態３における動作モード３でのスイッチの状態を示す図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、発振回路１５０が周波数ｆ１で発振している最中に物体が送電コイルＬ１に近づいた時の両者の距離に対する発振周波数の変化の例を示すグラフである。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、動作モード１から動作モード２への遷移の例を示す図である。
【図１３】図１３は、実施形態３の動作の具体例を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、他の実施形態における送電装置および受電装置の例を示す図である。
【図１５】図１５は、他の実施形態における送電装置および受電装置の例を示す図である。
【図１６】図１６は、実施例１における受電コイルが検出コイルに接近している様子を示す図である。
【図１７】図１７は、実施例１における発振周波数の測定結果を示す図である。
【図１８】図１８は、実施例２におけるコイル端電圧Ｖｐｐの特性変化の測定結果を示す図である。
【図１９】図１９は、実施例３における回路構成を示す図である。
【図２０Ａ】図２０Ａは、実施例３における第１のシミュ―レーション結果を示す図である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、実施例３における第２のシミュ―レーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本開示に係る一態様を発明するに至った経緯）
まず、本開示に係る一態様の着眼点について説明する。無線電力伝送システムにおいて電力伝送を行う際に送電コイルまたは受電コイルの近傍に金属異物があると、金属異物に渦電流が発生して発熱する可能性がある。さらに、送電コイルと受電コイルの位置が大きくずれている場合、漏れ磁束によりコイル外の金属異物を加熱するリスクも生じる。従って、送受電コイルの位置あわせは、安全に無線電力伝送をするために望まれている。
【００１１】
このような課題に対し、上述した特許文献１は、受電コイルの位置あわせの方法を開示している。特許文献１の無線電力伝送システムは、２つの周波数で電力を送電し、端末側の出力電圧値が上記２つの周波数において所定の閾値に達した場合、受電側のＬＥＤを点灯させる。そして、ユーザーに正確に位置あわせができたことを通知する。
【００１２】
特許文献１の無線電力伝送システムでは、例えば無接点充電タイプの電気シェーバーのように、送受電コイルを含む送受電回路対が特定のものに定まっている(コイル間距離が近い)。このような場合は、前述の閾値が一意に定まるため、正確な位置検知が可能である。一方で、スマートフォンやタブレットなどの様々なＡＶ機器への充電を考えた場合、受電コイルおよび受電回路は様々な電気特性を有する。すなわち、１つの送電台で異なる電気特性を有する受電コイル及び受電回路に互換性をもたせて送電する場合、位置決めのための電圧閾値を一意に定めることは困難であるという課題があった。
【００１３】
本発明者は鋭意検討したところ、負荷と接続する受電回路を極力介さないで、送信コイルの自励発信に共振する受電コイルの特性を検知することが重要であることを見出した。特許文献１に係る無線電力伝送システムは、負荷と接続した受電回路と繋がった受電コイルの特性を検知している。従って、異なる電気特性を有する種々の受電コイルおよび受電回路に対応した正確な位置あわせを行うことができない。
【００１４】
以上の考察により、本発明者らは、以下の発明の各態様を想到するに至った。
【００１５】
本開示の一態様に係る無線送電装置は、受電装置に非接触で電力を伝送する無線送電装置であって、自励式の発振回路と、前記発振回路の発振周波数または／かつ前記発振回路の出力電圧を検出する検出回路と、前記受電装置の位置を検出するために前記発振回路で出力されたエネルギーを出力する検出共振器と前記検出回路の検出結果に基づいて、前記受電装置と前記検出共振器への近接の程度を検出する制御回路を備える。
【００１６】
ある実施形態において、前記検出回路は、前記発振周波数が予め設定された閾値よりも大きくなった時、前記受電装置と前記検出共振器との位置あわせが完了したことを示す情報を出力する。
【００１７】
ある実施形態において、前記検出回路は、前記発振回路から出力される電圧の振幅が予め設定された閾値よりも小さくなった時、前記受電装置と前記検出共振器との位置あわせが完了したことを示す情報を出力する。
【００１８】
ある実施形態において、前記発振回路が発振している時の前記検出共振器のＱ値は１００以上である。
【００１９】
ある実施形態において、前記発振周波数は、受電装置の共振器の共振周波数と実質的同一である。
【００２０】
ある実施形態において、前記発振周波数は、前記検出コイルの自己共振周波数よりも低く設定される。
【００２１】
ある実施形態において、前記発振周波数は、前記検出共振器の共振周波数よりも高く設定される。
【００２２】
ある実施形態において、検出送電共振器と前記検出送電共振器に接続され、送電用の交流エネルギを出力する送電回路と、前記検出送電共振器および前記発振回路の間の電流の導通状態を切り換える第１のスイッチと、前記第１のスイッチをオンにして前記発振回路を動作させる位置あわせモード、および前記スイッチをオフにして前記送電回路を動作させる送電モードを切り替える制御回路とをさらに備える。
【００２３】
ある実施形態において、前記検出送電共振器は、コンデンサと、前記発振回路に対して前記検出コイルと並列に接続されたインダクタとをさらに含み、前記無線送電装置は、前記発振回路から出力された電流の前記インダクタへの導通状態を切り換える第２のスイッチをさらに備え、前記検出回路は、前記第２のスイッチをオンにした状態およびオフにした状態の一方の状態で、前記発振周波数の変化に基づいて、近接物体が前記受電コイルであるか否かを検出し、他方の状態で、前記発振周波数の変化に基づいて、前記受電コイルの近接の程度を検出する。
【００２４】
ある実施形態において、前記無線送電装置は、前記検出回路の検出結果に基づいて光源を発光させる光源制御回路をさらに備える。
【００２５】
ある実施形態において、前記光源制御回路は、前記検出回路が検出した前記受電コイルの前記検出コイルへの近接の程度に応じて発光させる光源を変化させる。
【００２６】
ある実施形態において、前記無線送電装置は、前記光源をさらに備える。
【００２７】
ある実施形態において、前記無線送電装置は、前記検出回路の検出結果を示す情報をディスプレイに表示させる表示制御回路をさらに備える。
【００２８】
ある実施形態において、前記ディスプレイは、前記受電共振器を有する受電装置に搭載されている。
【００２９】
本開示の一態様に係る無線電力伝送システムは、上記のいずれかに記載の無線送電装置と、前記受電共振器を有する受電装置とを備える。
【００３０】
以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、同様の構成要素については同一の符号を付している。なお、本開示は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００３１】
（実施形態１：基本概念）
図１は、本開示の第１の実施形態に係る無線電力伝送システムの概略構成を示すブロック図である。この無線電力伝送システムは、送電装置１００と受電装置２００とを備え、送電装置１００から受電装置２００へ無線で電力を伝送することができる。送電装置１００は、例えばワイヤレス充電器であり、受電装置２００は、例えば携帯情報端末や電気自動車などの二次電池を備えた機器であり得る。送電装置１００は、受電装置２００に送電するだけでなく、受電装置２００における受電コイルの位置が適切な位置（充電可能な位置）にあるか否かを検出することができる。この検出を、本明細書では「位置あわせ」と呼ぶ。その検出結果は、例えば送電装置１００または受電装置２００に設けられた光源、ディスプレイ、スピーカーなどから光、映像、音声などの情報として使用者に通知され得る。このような機能により、使用者は、受電装置２００を送電装置１００に近づける際、送電可能な適切な位置に到達したことを知ることができるため、受電装置２００の位置あわせを容易に行うことができる。
【００３２】
本実施形態の送電装置１００は、交流エネルギを出力する発振回路１５０と、検出コイルＬ１を含む検出共振器１１０と、発振回路１５０の発振周波数の変化に基づいて受電コイルＬ２が検出コイルＬ１にどの程度近づいたかを検出する検出回路１２０とを備えている。発振回路１５０は、受電装置２００における受電共振器２１０の共振周波数ｆｒと実施的に同一の周波数で発振可能な自励式の発振回路である。ここでｆｒに「実質的に同一」とは、厳密に同一の場合のみならず、ｆｒの値から±１５％程度の差異がある場合も含まれるものとする。検出共振器１１０は、検出コイルＬ１と、コンデンサＣ１と、インダクタＬ１０を含む共振回路である。検出回路１２０は、発振回路１５０から出力される交流の周波数（発振周波数）の変化を検出することによって受電コイルＬ２の検出を行う。なお、検出回路１２０は、発振周波数の変化を検出するだけでなく、発振回路１５０から出力された交流電圧の振幅の変化を検出することによって物体の近接を検知する機能を備えていてもよい。送電装置１００は、図示される構成要素以外にも、送電回路や制御回路といった他の要素を備え得るが、図１では簡単のため、それらの要素の記載を省略している。
【００３３】
受電装置２００は、受電共振器２１０と、受電回路２２０と、負荷２５０とを備える。受電共振器２１０は、受電コイルＬ２と、受電コイルＬ２に直列に接続されたコンデンサＣ２と、受電回路２２０に対して受電コイルＬ２と並列に接続されたコンデンサＣ２０とを含む共振回路である。コンデンサＣ２０は、受電共振器２１０の共振周波数を調整するために配置される回路素子であり、「並列共振コンデンサ」と呼ぶことがある。受電共振器２１０の共振周波数は、前述のように所定の値ｆｒに設定されている。受電共振器２１０が送電共振器から空間を介して受け取った交流エネルギは、受電回路２２０に送られる。受電回路２２０は、整流回路や周波数変換回路、制御回路などの各種の回路を含み、受け取った交流エネルギを負荷２５０が利用可能な直流エネルギまたは低周波の交流エネルギに変換する。負荷２５０は、例えば二次電池であり、受電回路２２０から出力された電力によって充給電され得る。
【００３４】
図２は、本実施形態における無線電力伝送システムの動作原理を説明するための図である。受電コイルＬ２、コンデンサＣ２、並列共振コンデンサＣ２０を含む受電共振器２１０が、Ｌ２とＣ２で共振している時、図２に示すＡ−Ｂ間に電流は流れない。すなわち、検出コイルＬ１にとってＡ−Ｂ間が短絡していないように見える。このため、検出コイルＬ１から見た電気特性は受電回路２２０および負荷２５０における電圧降下の影響を受ける。この結果、位置検出の精度が低下する。逆に、受電共振器２１０がＬ２とＣ２とＣ２０で共振している時、Ａ−Ｂ間に電流が流れるため、検出コイルＬ１にとってＡ−Ｂ間は短絡しているように見える。このため、検出コイルＬ１から見た電気特性は受電回路の影響を受けない。この時、検出コイルＬ１から受電コイルＬ２を見ると、図３に示すように、あたかも金属板が近接したかのように見える。受電コイルＬ２には電磁誘導によって検出コイルＬ１の電流と逆相の電流が流れる。これにより、電圧が低下するため、検出コイルＬ１のインピーダンスが低下する。発振周波数はインピーダンスの逆数で決まるため、この時、発振周波数は増加する。
【００３５】
一方、受電コイルＬ２の近傍の回路への電磁ノイズの影響を低減するため、受電コイルＬ２には電磁シールドとして磁性体を具備する場合がある。受電コイルＬ２に磁性体が含まれる場合、その磁性体が有する磁気損失の影響により、検出コイルＬ１において電圧降下が生じる。その結果、発振回路１５０の発振波形に電圧降下が生じる。
【００３６】
以上のことから、発振回路１５０の発振波形における周波数および電圧の少なくとも一方の変化を検出することにより、検出コイルＬ１に受電コイルＬ２、金属異物、または磁性体が近接したことを検知することができる。例えば、周波数が所定の閾値以上になった場合、もしくは電圧の振幅が所定の閾値以下になった場合、受電コイルＬ２が送電コイルＬ１に対向する位置に到達したとみなすことができる。
【００３７】
本実施形態における検出回路１２０は、発振回路１５０から出力される交流の周波数および電圧の少なくとも一方の変化を検出することにより、受電コイルＬ２の検出コイルＬ１に対する位置のずれを検出できる。この検出結果を使用者に通知することにより、使用者は、受電コイルＬ２の位置あわせを容易に行うことができる。位置あわせが完了すると、送電装置１００は、発振回路１５０の代わりに送電回路を用いて送電を開始する。これにより、受電装置２００に無線で電力が供給される。
【００３８】
以下、本実施形態における無線電力伝送システムのより具体的な構成および動作を説明する。
【００３９】
図４は、本実施形態の無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。送電装置１００は、上記の発振回路１５０、検出共振器１１０、検出回路１２０の他、送電回路１６０と、送電共振器１１１と、光源１７０と、制御回路１３０とをさらに備えている。一方、受電装置２００は、上記の受電共振器２１０、受電回路２２０、負荷２５０の他、ディスプレイ２４０と、制御回路２３０とを備えている。以下、各部の詳細を説明する。
【００４０】
発振回路１５０は、上述のように、受電コイルＬ２の検出用の交流を出力する自励発振回路である。発振回路１５０には、例えばコルピッツ発振回路や、ハートレー発振回路、クラップ発振回路、フランクリン発振回路、ピアス発振回路など、ＬＣ共振原理に基づく公知の発振回路を用いることができる。本実施形態の基本思想は、検出コイルＬ１のインピーダンス変化を周波数や電圧の変化に換算して高精度に検出する点にあるため、そのような検出が可能である限り、上記のものに限定されず、他の発振回路および回路トポロジを用いてもよい。図５Ａは、一例として、ピアス発振回路による発振回路１５０の回路構成を示した図である。また、送電装置１００の待機時には、例えば１ｍｍ秒〜数秒に１回だけ数周期分の交流を発振するといった断続的発振を行う間欠動作を行って、消費電力を低減する。そして、受電コイルＬ２の近接を検出回路１２０が検知した場合のみ連続動作に切替えるように構成されていてもよい。
【００４１】
検出共振器１１０における検出コイルＬ１は、基板パターンで形成された薄型の平面コイルの他、銅線やリッツ線、ツイスト線などを用いた巻き線コイルなどを用いることができる。十分な検出感度を確保するためには、検出コイルＬ１のＱ値は、例えば１００以上に設定され得るが、１００よりも小さい値に設定されていてもよい。コンデンサＣ１の容量およびインダクタＬ１０のインダクタンスは、受電共振器２１０の共振周波数に合わせて適切な値に設定される。
【００４２】
検出回路１２０は、発振回路１５０から出力される交流の周波数および電圧を検出し、それらの変化に基づいて受電コイルＬ２などの物体の近接を検出する。検出回路１２０の具体的な処理については後述する。
【００４３】
送電回路１６０は、位置あわせ完了後に送電のための交流エネルギを出力する回路である。送電回路１６０は、例えば図５Ｂに示すようなフルブリッジ型のインバータによって構成され得る。図示される送電回路１６０は、外部の直流エネルギ源から供給される直流エネルギを、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン・オフ制御によって交流エネルギに変換する。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン・オフは、制御回路１３０によって制御される。これらのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、発振回路１５０および検出共振器１１０を用いた検出モード時には、オフに設定される。検出モード終了後の送電モード時には、伝送周波数に応じたパルスの入力により、オン・オフの切り替えが連続的に行われる。送電回路１６０は、フルブリッジ型のインバータに限定されず、ハーフブリッジ形のインバータや、Ｄ級、Ｅ級などの他の種類の発振回路であってもよい。
【００４４】
送電共振器１１１は、送電回路１６０から出力された交流エネルギを送出する共振回路である。送電共振器１１１における送電コイルＬ３およびコンデンサＣ３は、検出共振器１１０における検出コイルＬ１およびコンデンサＣ１と基本的に同様のものである。受電コイルＬ２に効率的に送電するため、送電コイルＬ３は、検出コイルＬ１に近接して配置される。これらのインダクタンスおよび容量は、受電回路２２０を含めた受電側の共振周波数に合わせて送電が適切に行われるように、適切な値に設定されている。
【００４５】
光源１７０は、検出回路１２０による検出結果を使用者に通知するために設けられる。光源１７０は、例えばＬＥＤ光源であり、検出回路１２０の検出結果に基づいて発光する。光源１７０は、複数の光源の集合体であってもよい。受電コイルＬ２の近接の程度に応じて異なる光源を発光させたり、発光させる光源の数を段階的に変動させたりしてもよい。また、光源１７０の代わりに液晶表示部のようなディスプレイを設け、検出結果をそのようなディスプレイに表示させてもよい。
【００４６】
制御回路１３０は、送電装置１００全体の動作を制御するプロセッサであり、例えばＣＰＵとコンピュータプログラムを格納したメモリとの組み合わせによって実現され得る。あるいは、本実施形態の動作を実現するように構成された専用のハードウェアであってもよい。制御回路１３０は、発振回路１５０による検出モードと、送電回路１６０による送電モードとを切り替える制御や、検出回路１２０の検出結果に基づいて光源１７０を発光させる制御を行う。制御回路１３０は、検出モードにおいては、送電回路１６０の動作を停止し、発振回路１５０を駆動する。逆に、送電モードにおいては、発振回路１５０の動作を停止し、送電回路１６０を駆動する。
【００４７】
なお、送電装置１００は、さらに検出回路１２０の検出結果を受電装置２００に通知する通信回路を備えていてもよい。これにより、検出結果を受電装置２００のディスプレイ２４０や、不図示の光源、スピーカーなどに送り、使用者に位置あわせの状態を通知することができる。
【００４８】
本実施形態における受電共振器２１０は、並列共振回路によって構成される。受電コイルＬ２およびコンデンサＣ２は、検出共振器１１０における検出コイルＬ１およびコンデンサＣ１と同様のものであってもよいし、異なっていてもよい。並列コンデンサＣ２０は、共振周波数を調整するために設けられ、コンデンサＣ２よりも小さい容量のものが用いられる。
【００４９】
制御回路２３０は、受電装置２００全体の動作を制御するプロセッサであり、例えばＣＰＵとコンピュータプログラムを格納したメモリとの組み合わせによって実現され得る。あるいは、本実施形態の動作を実現するように構成された専用のハードウェアであってもよい。制御回路２３０は、負荷２５０への充給電制御や、ディスプレイ２４０への表示制御を行う。制御回路２３０は、不図示の通信回路を介して受信した送電装置１００における検出回路１２０の検出結果をディスプレイ２４０に表示させるように構成されていてもよい。ディスプレイ２４０は、例えば液晶や有機ＥＬのディスプレイであり得る。
【００５０】
本実施形態における発振周波数は、検出コイルＬ１の自己共振周波数よりも低く設定される。これは、自己共振周波数よりも高い周波数では、検出コイルＬ１がインダクタとして機能しなくなるためである。また、発振周波数は、並列コンデンサＣ２０がある程度集中定数回路とみなせる２０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの低周波域に設定され得る。高い周波数ほど分解能が高く、高速に位置検出できるため、１μｓｅｃ以下の周期で検出する場合には、発振周波数はその逆数である１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚに設定され得る。
【００５１】
続いて、本実施形態の無線電力伝送システムの動作を説明する。
【００５２】
図６は、送電装置１００による位置あわせの動作の一例を示すフローチャートである。送電装置１００の電源がオンになり、待機状態になると、制御回路１３０は、発振回路１５０を間欠動作させる（ステップＳ６０１）。すなわち、所定の時間（例えば１ｍｍ秒〜数秒程度）ごとに断続的に発振させ、発振周波数が増加したか否かを検出回路１２０によってモニターする（ステップＳ６０２）。発振周波数が増加していない場合、受電装置２００が近づいていないと判断できるため、ステップＳ６０１に戻り、同様の動作が継続される。検出回路１２０が発振周波数の増加を検出すると、受電装置２００が近づいていると推定できるため、制御回路１３０は、発振回路１５０を連続動作させる（ステップＳ６０３）。
【００５３】
続いて、検出回路１２０は、発振周波数が所定の閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ６０４）。ここで、発振周波数が所定の閾値を超えていないと判定されると、検出回路１２０は、発振周波数が上記の閾値よりも小さい所定の閾値を下回ったか否かを判定する（ステップＳ６０５）。これは、電力の低減のため、間欠動作に戻してもよいか否かを判断するために行われる。発振周波数が所定の閾値を下回っていない場合、受電装置２００がまだ近くに存在すると推定されるため、ステップＳ６０３、Ｓ６０４の動作が繰り返される。逆に、発振周波数が所定の閾値を下回った場合、受電装置２００が十分遠ざかったと推定されるため、ステップＳ６０１に戻り、制御回路１３０は、発振回路１５０を間欠動作させる。
【００５４】
一方、ステップＳ６０４において、発振周波数が所定の閾値を超えた場合、受電コイルＬ２が検出コイルＬ１に十分に接近したと判断できるため、検出回路１２０は、そのことを示す情報を制御回路１３０に送る。この情報を受けた制御回路１３０は、発振回路１５０を停止させる（ステップＳ６０６）。この際、制御回路１３０は、光源１７０を発光させたり、ディスプレイ２４０に位置あわせが完了したことを示す表示を指示したりしてもよい。これにより、位置あわせが完了したことを使用者に知らせることができる。制御回路１３０がこのような通知の機能を有する場合、制御回路１３０は、「光源制御回路」または「表示制御回路」としての機能を有することになる。この後、制御回路１３０は、送電回路１６０を駆動し、送電を開始する。なお、送電の開始は、発振回路を停止させた直後ではなく、例えば使用者が受電装置２００を送電装置１００の上に置くなどして周波数の変動が停止したことを確認してから行われてもよい。
【００５５】
以上の動作により、本実施形態の送電装置１００は、受電装置２００における受電コイルＬ２の近接を検出し、そのことを示す情報を出力する。これにより、ユーザーは受電装置２００が適切な位置に到達したことを知ることができるため、位置あわせを容易に行うことができる。
【００５６】
なお、本実施形態における動作は図６に示す動作に限定されない。例えば、ステップＳ６０１、Ｓ６０２における間欠動作を省略してもよいし、ステップＳ６０５における判定処理を省略してもよい。また、ステップＳ６０４において複数の閾値を設け、周波数のレベルに応じて受電コイルＬ２の近接の程度を示す段階的な情報を出力するようにしてもよい。また、検出回路１２０は、ステップＳ６０４の代わりに、あるいはステップＳ６０４に加えて、発振回路１５０から出力される電圧の振幅が予め設定された閾値よりも小さくなった時、受電コイルＬ２と検出コイルＬ１との位置あわせが完了したことを示す情報を出力するようにしてもよい。
【００５７】
（実施形態２：送電コイルおよび検出コイルの共用）
次に、本開示の第２の実施形態に係る無線電力伝送システムを説明する。本実施形態では、送電装置１００における検出共振器が送電共振器の機能を兼ねている点が実施形態１と異なっている。以下、実施形態１と異なる点を中心に説明し、重複する事項についての記載は省略する。
【００５８】
図７は、本実施形態に係る無線電力伝送システムの概略構成を示すブロック図である。図７では、代表的な構成要素のみを記載しているが、実際には図４に記載されている他の構成要素も含まれ得る。この無線電力伝送システムは、実施形態１と同様、送電装置１００と受電装置２００とを備える。受電装置２００は、実施形態１におけるものと同一である。本実施形態における送電装置１００は、検出共振器および送電共振器の両方の機能を有する検出送電共振器１１２と、検出送電共振器１１２に接続される。そして、送電用の交流エネルギを出力する送電回路１６０と、位置あわせ用の交流エネルギを出力する発振回路１５０と、検出コイルＬ１および発振回路１５０の間の電流の導通状態を切り換えるスイッチＳ１、Ｓ２と、各部の動作を制御する制御回路１３０（不図示）とを備える。制御回路１３０は、スイッチＳ１、Ｓ２をオンにして発振回路１５０を動作させる位置あわせモード、およびこれらのスイッチをオフにして送電回路１６０を動作させる送電モードを切り替えるように構成されている。検出送電共振器１１２は、検出コイルＬ１、コンデンサＣ１、およびインダクタＬ１０を有している。本実施形態では、検出コイルＬ１が、送電コイルとしても機能する。そして、インダクタＬ１０が、スイッチＳ１、Ｓ２を介して検出コイルＬ１と接続されている。
【００５９】
スイッチＳ１、Ｓ２には、各種の双方向スイッチが用いられる。ただし、スイッチのオン抵抗が大きいと、コイルのＱ値がみかけ上低下するため、スイッチのオン抵抗は適切なものを選定する必要がある。例えば、コイルの抵抗とスイッチの抵抗との合成抵抗をＲとした時、Ｑ＝ωＬ１／Ｒ≧１００（ωは各周波数）となるようにスイッチのオン抵抗が設定され得る。
【００６０】
本実施形態における動作は、実施形態１における動作と基本的には同じである。ただし、本実施形態では、制御回路１３０が検出モードから送電モードに切り替える際、スイッチＳ１、Ｓ２をオンからオフに切り換える動作が追加される。
【００６１】
本実施形態によれば、コイル部品の共用化によりコスト削減および軽量化をはかることができるという格別の効果がある。
【００６２】
（実施形態３：２つ以上の周波数で発振）
続いて本開示の第３の実施形態に係る無線電力伝送システムを説明する。本実施形態では、送電装置１００が２つ以上の周波数で発振することにより、物体の種類の検出および受電コイルＬ２の位置あわせの両方を行うことができる点で実施形態２と異なっている。以下、実施形態２と異なる点を中心に説明し、重複する事項についての説明は省略する。
【００６３】
図８は、本実施形態に係る無線電力伝送システムの概略構成を示すブロック図である。図８では、代表的な構成要素のみを記載しているが、実際には図４に記載されている他の構成要素も含まれ得る。この無線電力伝送システムは、実施形態１、２と同様、送電装置１００と受電装置２００とを備える。受電装置２００は、実施形態１、２におけるものと同一である。本実施形態における送電装置１００は、検出送電共振器１１３におけるインダクタＬ１０にスイッチＳ３が直列に接続されている。そして、発振回路１５０から出力された電流のインダクタＬ１０への導通状態を制御できるように構成されている点で実施形態２の構成と異なっている。本実施形態の検出回路１２０は、スイッチＳ１、Ｓ２をオンにし、かつスイッチＳ３をオフにした状態で近接物体が受電コイルＬ２であるか否かを検出する。そして、スイッチＳ１、Ｓ２をオンにし、かつスイッチＳ３をオンにした状態で受電コイルＬ２の近接の程度を検出する。これにより、受電コイルＬ２の検出精度をさらに向上させることができる。
【００６４】
図９は、送電装置１００のより具体的な構成を示すブロック図である。図示されるように、検出送電共振器１１３は、送電共振器および検出共振器の両方の機能を兼ねている。そして、インダクタＬ１０と発振回路１５０との間の電流の導通状態を切り換えるスイッチＳ３が設けられている点を除き、図４に示す構成と同じである。
【００６５】
図１０は、発振回路１５０および送電回路１６０の具体的な構成例を示す回路図である。この例では、発振回路１５０は図５Ａに示すものと同様の構成を備え、送電回路１６０は図５Ｂに示すものと同様の構成を備えている。発振回路１５０および送電回路１６０は、このような構成に限定されず、上記のように、様々な構成が可能である。
【００６６】
本実施形態の送電装置１００は、物体検出モード（動作モード１）、位置あわせモード(動作モード２)、送電モード（動作モード３）の３つのモードで動作することができる。以下、これらのモードについて説明する。
【００６７】
受電共振器２１０が共振している時は、送電側では金属板が近接しているように見えることは前述の通りである。換言すれば、仮に金属板が検出コイルＬ１に近づいた場合、金属板が近づいているのか受電コイルＬ２が近づいているのかの見分けがつかない。このため、誤って金属板に送電する可能性がある。このような問題を回避するため、本実施形態では、調整用コイル（インダクタＬ１０）にスイッチＳ３を設けることで対処する。
【００６８】
本実施形態では、受電共振器２１０の共振周波数はｆ２（実施形態１におけるｆｒに相当）に設定されている。スイッチＳ１、Ｓ２がオンの状態において、スイッチＳ３をオフにした場合、発振回路１５０はｆ２よりも小さい所定の周波数ｆ１で動作する。そして、スイッチＳ３をオンにした場合、発振回路１５０は所定の周波数ｆ２で動作するように、検出コイルＬ１、受電コイルＬ２、インダクタＬ１０、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ２０の回路定数が設定されている。
【００６９】
図１１Ａ〜１１Ｃは、動作モード１〜３におけるスイッチの状態をそれぞれ示す図である。動作モード１では、スイッチＳ１、Ｓ２をオンにし、スイッチＳ３をオフにすることにより、周波数ｆ１で発振させる。これにより、後述するように、近接物体が受電コイルＬ２であるか否かを判定できる。動作モード２では、動作モード１の状態から、スイッチＳ３をオンにすることで、周波数ｆ２で発振させる。これにより、実施形態１、２と同じように、受電コイルＬ２の近接の程度を検出することができる。動作モード３では、位置あわせ完了後にスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３をオフにして送電回路１６０を駆動することで、周波数ｆ０で送電が行われる。ここで、周波数ｆ０、ｆ１、ｆ２は、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３の開閉状態に応じて決定され、本実施形態では、ｆ０＜ｆ１＜ｆ２である。
【００７０】
以下、動作モード１、２について、より詳細に説明する。
【００７１】
図１２Ａは、発振回路１５０が周波数ｆ１で発振している動作モード１において、物体が検出コイルＬ１に近づいた時の両者の距離に対する発振周波数の変化の例を示すグラフである。このグラフの横軸は、右に行くほど距離が近くなることを示している。図１２Ａは、受電コイルＬ２が近づいた時と金属板が近づいた時とで、周波数の変化傾向が異なることを示している。
【００７２】
スイッチＳ３をオフにして周波数ｆ２で発振させた場合（動作モード２）においては、受電コイルＬ２に並列に接続されたコンデンサＣ２０は短絡されない。従って、前述の通り、受電回路２２０の影響を受けるため、位置あわせの精度は低下する。ただし、受電コイルＬ２は通常、受電コイルＬ２近傍に配置された回路への電磁ノイズの影響を低減するため、電磁シールドとして磁性体を具備している。この磁性体が検出コイルＬ１に近接すると、検出コイルＬ１のインピーダンスは増加する傾向を示す。すなわち、図１２Ａに示すように、発振周波数はｆ１よりも低下する方向に変化する。一方、金属板が近接した場合、検出コイルＬ１のインピーダンスが低下する傾向を示す。すなわち、発振周波数はｆ１よりも高くなる方向に変化する。このような特性を利用して、発振周波数ｆ１を基準に、物体近接によって周波数が高くなったか低くなったかを調べることで、金属異物が近づいているのか受電コイルＬ２が近づいているのかを判別することができる。本実施形態の検出回路１２０および制御回路１３０は、この判別を行った上で、受電コイルＬ２が近づいていると判断した場合にのみ、スイッチＳ３をオンにして周波数ｆ２で発振させる。すなわち、図１２Ｂに示すように、動作モード１で動作中に、発振周波数がｆ１よりも低い所定のレベル以下に低下した時、制御回路１３０は、スイッチＳ３をオンにすることによって動作モード２に切り換える。この時、受電コイルＬ２がある程度近づいているため、発振周波数は、受電コイルＬ２が遠く離れている時の発振周波数ｆ２よりも大きい値に変化する。その後、発振周波数がｆ２よりも高い所定のレベル以上になった時点で、位置あわせが完了したと判定する。これにより、受電コイルＬ２が近づいている場合にのみ、受電コイルＬ２の位置あわせをする動作モード２に遷移するため、金属異物を加熱することなく、確実にかつ正確に位置あわせすることができる。
【００７３】
次に、本実施形態における動作の詳細を説明する。
【００７４】
図１３は、本実施形態の動作の具体例を示すフローチャートである。送電装置１００の電源がオンになり、待機状態になると、制御回路１３０は、発振回路１５０を周波数ｆ１で間欠動作させる（ステップＳ９０１）。すなわち、スイッチＳ１、Ｓ２をオン、スイッチＳ３をオフにした状態で所定の時間（例えば１ｍｍ秒〜数秒程度）ごとに断続的に発振させ、発振周波数が変化したか否かを検出回路１２０によってモニターする（ステップＳ９０２）。発振周波数が増加していない場合、物体が近づいていないと判断できるため、ステップＳ９０１に戻り、同様の動作が継続される。検出回路１２０が発振周波数の変化を検出すると、物体が近づいていると推定できるため、制御回路１３０は、発振回路１５０を周波数ｆ１で連続動作させる（ステップＳ９０３）。
【００７５】
続いて、検出回路１２０は、発振周波数が減少したか否かを判定する（ステップＳ９０４）。ここで、発振周波数が減少したか否かは、例えば発振周波数の減少量が所定の閾値を超えたか否かによって判断してもよい。発振周波数が減少していないと判定されると、制御回路１３０は、受電コイルＬ２ではなく金属異物が近づいたと判断し（ステップＳ９０５）、再びステップＳ９０１に戻って同様の動作を繰り返す。この際、例えばアラーム音を鳴らしたり、光源を点灯させることによって使用者に警告したりしてもよい。ステップＳ９０４において発振周波数が減少したと判定されると、制御回路１３０は、受電コイルＬ２が近づいたと判断し、発振回路１５０の発振周波数を周波数ｆ２に切り換えて連続動作させる（ステップＳ９０６）。この際、制御回路１３０は、スイッチＳ３をオフからオンに切り換えることによって動作モード２に移行する。
【００７６】
次に、検出回路は、発振周波数が所定の閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ９０７）。ここで発振周波数が所定の閾値を超えていないと判定すると、検出回路１２０は、発振周波数が上記の閾値よりも小さい所定の閾値を下回ったか否かを判定する（ステップＳ９０８）。これは、電力の低減のため、間欠動作に戻してもよいか否かを判断するために行われる。発振周波数が所定の閾値を下回っていない場合、受電装置２００がまだ近くに存在すると推定されるため、ステップＳ９０６、Ｓ９０７の動作が繰り返される。逆に、発振周波数が所定の閾値を下回った場合、受電装置２００が十分遠ざかったと推定されるため、ステップＳ９０１に戻り、制御回路１３０は、発振回路１５０を間欠動作させる。
【００７７】
一方、ステップＳ９０７において、発振周波数が所定の閾値を超えた場合、受電コイルＬ２が検出コイルＬ１に十分に接近したと判断できるため、検出回路１２０は、そのことを示す情報を制御回路１３０に送る。この情報を受けた制御回路１３０は、発振回路１５０を停止させる（ステップＳ９０９）。この際、制御回路１３０は、光源１７０を発光させたり、ディスプレイ２４０に位置あわせが完了したことを示す表示を行うように指示したりしてもよい。これにより、位置あわせが完了したことを使用者に知らせることができる。この後、制御回路１３０は、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３をオフにして送電回路１６０を周波数ｆ０で連続動作させることによって動作モード３へ移行する（ステップＳ９１０）。
【００７８】
以上の動作により、本実施形態の送電装置１００は、移動物体が受電コイルＬ２か金属異物かをまず判定し、受電コイルＬ２が近づいたと判定した場合のみ、受電コイルＬ２の位置あわせを行う。これにより、金属異物を加熱することなく、確実にかつ正確に位置あわせすることができる。
【００７９】
なお、本実施形態における動作は図１３に示す動作に限定されない。例えば、ステップＳ９０１、Ｓ９０２における間欠動作を省略してもよいし、ステップＳ９０８における判定処理を省略してもよい。また、ステップＳ９０７において複数の閾値を設け、周波数のレベルに応じて受電コイルＬ２の近接の程度を示す段階的な情報を出力するようにしてもよい。また、スイッチＳ３のオン、オフの制御は、オフの状態を基本状態として、上記のように受電コイルＬ２の近接を検出してからオンにしてもよいし、スイッチＳ３のオン、オフを周期的に切替えてもよい。上記調整インダクタＬ１０およびスイッチの組を２つ以上設け、３つ以上の周波数で動作させてもよい。
【００８０】
また、上記の例とは逆に、検出回路１２０は、スイッチＳ１、Ｓ２をオンにし、かつスイッチＳ３をオフにした状態で物体の検出を行い、スイッチＳ１、Ｓ２をオンにし、スイッチＳ３をオンにした状態で受電コイルＬ２の近接を検出してもよい。その場合、前者の状態で発振周波数がｆ２とは異なる値になり、後者の状態で発振周波数がｆ２に実質的に同じ値になるように、検出コイルＬ１、コンデンサＣ１、インダクタＬ１０、および発振回路１５０が設計されていればよい。言い換えれば、検出回路１２０は、前記スイッチをオンにした状態およびオフにした状態の一方の状態で、発振周波数の変化に基づいて、近接物体が前記受電コイルであるか否かを検出する。そして、他方の状態で、発振周波数の変化に基づいて、受電コイルＬ２の近接の程度を検出するように構成されていればよい。
【００８１】
本開示の実施形態は、位置ずれに起因した効率低下、または、漏れ磁束による近接金属の異常発熱リスクを回避することができる。
【００８２】
（他の実施形態）
以上、実施形態１〜３に係る無線送電装置および無線電力伝送システムを説明したが、本開示は、これらに限定されるものではない。ただし、受電側のコンデンサＣ２０と送電側のＬ１０が位置決めの重要な役目を果たすため、使用するアプリケーションに応じて適切な値を選定する必要がある。以下、他の実施形態を例示する。
【００８３】
図１４は、送電装置１００および受電装置２００の例を示す図である。図１４に示すように送電側に複数のインジケータＩ１（光源）を設けられている。そして、受電コイルＬ２が検出コイルＬ１に近接することによる発振回路１５０の周波数や電圧の変化に応じて、ＬＥＤの点滅やＬＥＤバーを用いて段階的に位置決めのレベルをユーザーに通知してもよい。このようにすることで、位置あわせを直感的にサポートできる。受電側に同様のインジケータＩ２（光源）を設けてもよい。極端に明るい場所ではＬＥＤの視認性が悪いため、音などで通知してもよい。
【００８４】
図１５は、送電装置１００および受電装置２００の他の例を示す図である。この例では、送電装置１００は道路に埋設された送電コイルを備える充電装置であり、受電装置２００は、受電コイルを備える電気自動車である。この例でも、インジケータＩ１に位置あわせが適切に行われているか否かを通知させることにより、位置あわせを直観的にサポートできる。また、この例では、送受電コイルの位置がずれている場合に、自動で受電装置２００が最適な位置まで移動するように構成されていてもよい。このような自動位置あわせは、送電アンテナ１００側で行ってもよい。
【００８５】
図１４、１５に示すように受電側にインジケータＩ１を設ける代わりに、送電側から通信によって受電側に位置が一致したことを通知し、受電端末の画面やＬＥＤランプで位置あわせができたことを通知しても良い。また、送電側から音声信号を送出し、受電側のスピーカーで受け取り、端末画面に位置あわせの是非を表示しても良い。極端に明るい場所ではＬＥＤの視認性が悪いので、音や振動などで通知してもよい。
【００８６】
（実施例１：位置あわせ）
次に、本開示の実施例１を説明する。本実施例の回路図は、図１０に示すものと同一である。発振回路１５０は、図示されるように、ロジックＩＣを用いたピアス発振回路を採用した。送電回路１６０はフルブリッジ型のインバータを用いたが、位置あわせ時の評価の際はトランジスタＱ１〜Ｑ４をオフとし、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３はオンとした。評価には、直径（φ）４０ｍｍの検出コイル（＝送電コイル）と、φ３４ｍｍの受電コイルを用いた。検出コイルに、受電コイルが図１６に示すようにＸ軸方向から近接した際の発振回路１５０の出力部ｆ＿ＯＵＴの発振周波数を測定した。発振回路の発振周波数は９９８ｋＨｚとなるようにＬ１０、Ｃ１、Ｃ１１、Ｃ１２を設定した。受電コイルは１０００ｋＨｚで共振するようにＣ２とＣ２０とを設定した。
【００８７】
図１７は、測定結果を示した図である。横軸は受電コイルと送電コイルの横ずれ量ΔＸ、縦軸は発振周波数である。ΔＸ＞１５ｍｍの範囲では、受電コイルのフェライトの影響で検出コイルのインピーダンスが増加し発振周波数が９９８ｋＨｚ以下になる。しかし、ΔＸ≦１５ｍｍの範囲ではΔＸが０ｍｍに近づくにつれて発振周波数が増大する傾向を示していることがわかる。これは受電コイルが１０００ｋＨｚ以上で共振しているためである。送電コイルと受電コイルの位置が近づくほど、電磁的な結合は強まり、確実に１０００ｋＨｚ以上で共振する。その結果、所定の閾値、例えば、１０００ｋＨｚで発振した場合に、位置あわせが完了したと判断するように設定したとすると、本実施例の検出コイルは位置ずれ許容値±１５ｍｍの送電台を提供することができる。
【００８８】
（実施例２：近接物体の識別）
実施例１では、受電コイルの位置あわせの実現方法について述べた。ただし、１０００ｋＨｚで共振した受電コイルが１０００ｋＨｚ付近で発振している検出コイルに近接する時は、金属板が検出コイルに近づいていることと類似した特性を示す。世の中には、金属性の硬貨も存在するため、この手法だけでは近接物体が受電コイルであるか硬貨であるか、判別しづらい。そこで、図１０の構成において、スイッチＳ３をオフにした時の物体近接時の発振周波数の変化と、コイル端電圧Ｖｐｐの特性変化を測定した。近接させる物体は１０００ｋＨｚで共振するよう設定された受電コイルと、金属製の硬貨を用いた。
【００８９】
図１８は、測定結果を示した図である。基本発振周波数はｆ１（＜１０００ｋＨｚ）、コイル端電圧ＶｐｐはＶ１であるが、物体の近接によってそれぞれ異なる軌跡を描いて変化することがわかる。受電コイルが近接した場合は、受電コイルに設けられたフェライトの特性によって検出コイルのインピーダンスが増加し、発振周波数がｆ１より低くなる傾向がある。受電コイルはＣ２とＣ２０を用いて１０００ｋＨｚで共振するように設計されているので、コイルに誘導電流が流れにくくフェライトの影響が現れやすい。硬貨が近接した場合は、検出コイルのインピーダンスが低下し発振周波数がｆ１よりも高くなる傾向がある。従って、前述の通り、Ｖｐｐが低下して所定の閾値Ｖ１’以下になった場合、発振周波数が所定の閾値ｆ１Ｌ以下であれば受電コイルが近接したとしてスイッチＳ３をオンにして位置あわせモードに切り替える。そして、発振周波数が所定の閾値ｆ１Ｕ以上であれば異物が存在するとしてユーザーに通知しても良い。
【００９０】
以上の実施例１，２に示すように、スイッチＳ３の適切な切替によって、金属異物と受電コイルとを区別することができ、その上で、受電コイルの位置あわせを確実に実施することができる。しかし、本開示全体の基本思想は、送電装置において、発振周波数の変化を計測することで位置あわせをすることである。従って、スイッチの構成や発振回路の構成、および、インダクタおよびキャパシタの電気定数、および発振周波数等は、上記の値や構成例に限定されない。
【００９１】
（実施例３：Ｑ値の検討）
図１９は、本開示の実施例３の回路図を示している。図１９の構成と図１０の構成との違いは、検出コイルＬ１の下に抵抗Ｒが存在する点のみである。実際のコイルは有限の導電率を有する導体で構成されるため、必ず抵抗成分Ｒが存在する。コイルのＱ値は角周波数をωとして、Ｑ＝ωＬ／Ｒで表される。本実施例では、インダクタンスＬ１の値を固定して、Ｒの値を５２〜１０００ｍΩまで変化させることにより、Ｑ値の変化によってコイル端電圧Ｖｐｐがどのように変化するかを回路シミュレーションによって解析した。なお、発振回路のダンピング抵抗Ｒｄは４７０Ω、１．１ｋΩ、２．２ｋΩの３種で検討した。
【００９２】
図２０Ａ、図２０Ｂは、シミュレーション結果を示した図である。これらの結果より、Ｒｄが小さいほど、また、検出コイルの抵抗Ｒが小さいほど（＝Ｑ値が高いほど）、コイル端電圧Ｖｐｐが高くなる傾向があることがわかる。基本的には検出信号のレベルが大きいほどノイズ耐性が強く正確な検出が可能である。これは、インピーダンスの変化に対するＶｐｐの変化が大きいほど、検出回路として使用されるマイコン（ＣＰＵ）の分解能が高くなるためである。しかし、検出信号のレベルは単に大きければ良いというわけではない。スイッチＳ１〜Ｓ３の特性や受電コイル近接時のインピーダンス変化量、電源電圧の範囲内であるか、などを総合的に考慮してＲｄは選定される。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本開示の無線電力伝送装置及び無線電力伝送システムは、電気自動車、ＡＶ機器、電池などへの充電あるいは給電を行う用途に広く適用可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１００    送電装置
１１０    検出共振器
１１１    送電共振器
１１２，１１３    検出送電共振器
１２０    検出回路
１３０    制御回路
１５０    発振回路
１６０    送電回路
１７０    光源
２００    受電装置
２１０    受電共振器
２２０    受電回路
２３０    制御回路
２４０    ディスプレイ
２５０    負荷
Ｌ１    検出コイル
Ｌ２    受電コイル
Ｌ３    送電コイル
Ｃ１，Ｃ２０，Ｃ２，Ｃ３    コンデンサ
Ｌ１０    （調整用）インダクタ
Ｓ１〜Ｓ３    スイッチ
Ｉ１    第１のインジケータ
Ｉ２    第２のインジケータ
【図１】
2015015690.tif 000003
【図２】
2015015690.tif 000004
【図３】
2015015690.tif 000005
【図４】
2015015690.tif 000006
【図５Ａ】
2015015690.tif 000007
【図５Ｂ】
2015015690.tif 000008
【図６】
2015015690.tif 000009
【図７】
2015015690.tif 000010
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【国際調査報告】
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