(57)【要約】【課題】  異物混入等の異常発熱を検出することができる送電装置及びそれを用いた電子機器を提供すること。【解決手段】  一次コイルＬ１（１３０）を含み、一次コイルを受電装置の二次コイルＬ２と電磁的に結合させて、受電装置の負荷に対して電力を供給する送電装置である。この装置は、一次コイルに交流信号を供給する送電部２００と、一次コイルの磁力線形成領域に配置される温度検出素子１８０と、温度検出素子にて検出される第１の時刻での第１の温度と第２の時刻での第２の温度とに基づいて、異常温度上昇を検出する異常温度上昇検出部２２０と、送電部を送電制御し、異常温度上昇検出部にて異常温度上昇が検出された時に一次コイルからの送電を停止制御する送電制御部２１０とを有する。【選択図】      図４
2009273260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次コイルを含み、前記一次コイルを受電装置の二次コイルと電磁的に結合させて、前記受電装置の負荷に対して電力を供給する送電装置において、
前記一次コイルに交流信号を供給する送電部と、
前記一次コイルの磁力線形成領域に配置される温度検出素子と、
前記温度検出素子にて検出される第１の時刻の温度である第１の温度と第２の時刻の温度である第２の温度とに基づいて、異常温度上昇を検出する異常温度上昇検出部と、
前記送電部を送電制御し、前記異常温度上昇検出部にて前記異常温度上昇が検出された時に前記一次コイルからの送電を停止制御する送電制御部と、
を有することを特徴とする送電装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記温度検出素子は、温度によって抵抗値が変化する可変抵抗素子であることを特徴とする送電装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記異常温度上昇検出部は、前記可変抵抗素子によって変化する前記第１の時刻の電圧である第１の電圧と前記第２の時刻の電圧である第２の電圧に基づいて、前記異常温度上昇を検出することを特徴とする送電装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記異常温度上昇検出部は、前記可変抵抗素子の可変抵抗値を周波数変換する抵抗値−周波数変換回路を含み、前記可変抵抗値によって変化する前記第１の時刻の周波数である第１の周波数と前記第２の時刻の周波数である第２の周波数を比較した結果に基づいて、前記異常温度上昇を検出することを特徴とする送電装置。
【請求項５】
請求項３または４において、
前記異常温度上昇検出部は、前記温度検出素子にて検出される前記第１の温度と前記第２の温度との差分結果と、基準値とを比較する比較器を含み、前記基準値は調整可能であることを特徴とする送電装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記一次コイルは空芯部を有する空芯コイルであり、
前記温度検出素子は前記空芯部に配置されることを特徴とする送電装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の送電装置を有することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無接点電力伝送に好適な送電装置およびその送電装置を用いた電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁誘導を利用し、金属部分の接点がなくても電力送信を可能にする無接点電力伝送が知られている。この無接点電力伝送の適用例として、携帯電話の充電や家庭用機器（たとえば電話機の子機）の充電などが提案されている。
【０００３】
無接点電力伝送の従来技術として特許文献１がある。この特許文献１では、送電ドライバの出力に接続された共振コンデンサと一次コイルとにより直列共振回路を構成して、送電装置（一次側）から受電装置（二次側）に電力を供給している。
【０００４】
近年、携帯電話においては小型化が益々求められている。それに伴い、電力伝送を行うコイルユニットのより小型化、特に薄型化が必要となっている。
【特許文献１】特開２００６−６０９０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば無接点電力伝送では、一次コイル及びコイル間に金属等の異物が介在すると、この異物に渦電流が形成されて発熱する。
【０００６】
本発明の幾つかの態様では、異物混入等の異常発熱を検出することができる送電装置及びそれを用いた電子機器を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、一次コイルを含み、前記一次コイルを受電装置の二次コイルと電磁的に結合させて、前記受電装置の負荷に対して電力を供給する送電装置において、前記一次コイルに交流信号を供給する送電部と、前記一次コイルの磁力線形成領域に配置される温度検出素子と、前記温度検出素子にて検出される第１の時刻の温度である第１の温度と第２の時刻の温度である第２の温度とに基づいて、異常温度上昇を検出する異常温度上昇検出部と、前記送電部を送電制御し、前記異常温度上昇検出部にて前記異常温度上昇が検出された時に前記一次コイルからの送電を停止制御する送電制御部と、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の一態様では、一次コイルの磁力線形成領域に異物が存在した時、その異物に生ずる渦電流に基づく異常発熱を検出して、送電を停止することができる。その異常発熱を検出するために、一次コイルの磁力線形成領域に温度検出素子が配置されている。さらに、異常発熱を判定するために、絶対温度を判定するのでなく、異常温度上昇を判定している。この異常温度上昇は、温度検出素子にて検出される第１の温度と第２の温度とに基づいて検出できる。
【０００９】
本発明の一態様では、前記温度検出素子は、温度によって抵抗値が変化する可変抵抗素子とすることができる。この種の可変抵抗素子の代表例として、サーミスタを挙げることができる。
【００１０】
本発明の一態様では、前記異常温度上昇検出部は、前記可変抵抗素子によって変化する前記第１の時刻の電圧である第１の電圧と前記第２の時刻の電圧である第２の電圧に基づいて、前記異常温度上昇を検出することができる。可変抵抗素子の抵抗値の変化に基づいて電圧が変化するので、第１の時刻と第２の時刻との間での電圧の変化が温度上昇を示すことになる。
【００１１】
本発明の一態様では、前記異常温度上昇検出部は、前記可変抵抗素子の可変抵抗値を周波数変換する抵抗値−周波数変換回路を含み、前記可変抵抗値によって変化する前記第１の時刻の周波数である第１の周波数と前記第２の時刻の周波数である第２の周波数を比較した結果に基づいて、前記異常温度上昇を検出することができる。例えば、可変抵抗素子の可変抵抗値と容量とでＲＣ回路を構成すれば、抵抗の変化が周波数の変化として得られる抵抗値−周波数変換回路を構成できる。可変抵抗素子の抵抗値の変化に基づいて周波数が変化するので、第１の時刻と第２の時刻との間での周波数の変化が温度上昇を示すことになる。
【００１２】
本発明の一態様は、前記異常温度上昇検出部は、前記温度検出素子にて検出される前記第１の温度と前記第２の温度との差分結果と、基準値とを比較する比較器を含み、前記基準値は調整可能である。上述のようにして求められた一次コイルの磁力線形成領域の温度上昇は、異物が存在しない正常時にも現れるので、異常時と区別するために比較器にて基準値と比較される。ただし、一次コイルの磁力線形成領域の温度上昇は、一次コイルが設けられる環境によって変化し、例えば一次コイルを収容する筐体の材質、厚さ、形状、一次コイルと筐体との距離などの放熱環境によって変化する。よって、基準値は製品毎に調整すべきであり、例えば工場出荷時に調整することが好ましい。
【００１３】
本発明の一態様は、前記一次コイルは空芯部を有する空芯コイルであり、前記温度検出素子を前記空芯部に配置することができる。空芯部は磁束密度が特に大きく、この空芯部に異物が混入した時に、異物に生ずる渦電流による温度上昇が最も激しく、発熱も大きいからである。
【００１４】
本発明の他の態様は、上述した送電装置を有する充電器等の電子機器を定義している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００１６】
１．充電システム
図１は、電子機器の一例でもある充電器１０と、この充電器１０で充電される他の電子機器例えば携帯電話機２０とを模式的に示す図である。図１は、充電器１０に横置きされる携帯電話機２０を示している。充電器１０から携帯電話機２０への充電は、充電器１０のコイルユニット１２のコイルと携帯電話機２０のコイルユニット２２のコイルとの間に生じる電磁誘導作用を利用し、無接点電力伝送により行われる。
【００１７】
充電器１０と携帯電話機２０とは、それぞれ位置決め構造を有することができる。例えば、充電器１０には、その筐体の外表面より外方に突出する位置決め突部を設け、一方、携帯電話機２０には、その筐体の外表面に形成された位置決め凹部を設けることができる。この位置決めにより、携帯電話機２０のコイルユニット２２は、充電器１０のコイルユニット１２と対向する位置に少なくとも配置される。
【００１８】
図２に模式的に示すように、充電器１０から携帯電話機２０への電力伝送は、充電器１０側に設けられた１次コイルＬ１（送電コイル）と、携帯電話機２０側に設けられた２次コイルＬ２（受電コイル）を電磁的に結合させて電力伝送トランスを形成することで実現される。これにより非接触での電力伝送が可能になる。なお、図２は一次・二次コイルＬ１，Ｌ２の電磁的結合の一例を示したものであり、磁力線の形成を図２とは異ならせた他の電磁的結合方式であっても良い。
【００１９】
２．充電器（一次）側のコイルユニット
図３は充電器１０のコイルユニット１２を模式的に示す分解斜視図である。なお、図３は、図１においてコイルユニット１２が携帯電話機２０のコイルユニット２２と対向する伝送面とは逆側の非伝送面側から、コイルユニット１２を見た図である。
【００２０】
コイルユニット１２は、コイル線１３１を巻回して形成される平面状コイル１３０と、平面状コイル１３０の磁路を形成する磁性シート１６０とを有する。
【００２１】
さらにこのコイルユニット１２は、平面状コイル１３０が配置される面内にて、平面状コイル１３０と平行に配置されるフレキシブル基板１８１と、フレキシブル基板１８１に搭載された温度検出素子例えばサーミスタ１８０とを有する。
【００２２】
本実施形態のコイルユニット１２は、平面状コイル１３０、磁性シート１６０及びフレキシブル基板１８１という薄型構成要素を積層しているので、コイルユニット１２の薄型化を維持できる。また、平面状コイル１３０が配置される面内に温度検出素子例えばサーミスタ１８０が配置されるので、図２に示す一次コイルＬ１（１３０）と二次コイルＬ２間に異物が混入した時の温度上昇をサーミスタ１８０にて検出することができる。
【００２３】
平面状コイル１３０は、本実施形態では、中心に空芯部１３０ａを有し、コイル線１３１が平面上でスパイラル状に巻回された空芯コイルである。この場合、フレキシブル基板１８１に搭載されたサーミスタ１８０は、平面状コイル１３０の空芯部１３０ａに位置するように配置されている。このサーミスタ１８０及びフレキシブル基板１８１の詳細については後述する。
【００２４】
本実施形態では、平面状コイル１３０の一面を伝送面とし他面を非伝送面としたとき、磁性シート１６０は平面状コイル１３０の非伝送面側に配置される。このとき、フレキシブル基板１８１は、コイル線１３１と磁性シート１６０との間、つまり平面状コイル１３０の非伝送面と磁性シート１６０との間に配置することができる。こうすると、平面状コイル１３０の伝送面側にフレキシブル基板１８１が存在しないので、図２に示す一次コイルＬ１（１３０）と二次コイルＬ２間の伝送間距離を短縮でき、伝送効率が向上する。
【００２５】
コイルユニット１２は、配線基板１４０をさらに有することができる。この配線基板１４０は、コイルユニット１２の保形性を維持するのに好ましいことと、平面状コイル１３０やフレキシブル基板１８１を電気的に中継接続することができる点で好ましい。
【００２６】
本実施形態では、配線基板１４０にはコイル収容部１４０ａが形成され、このコイル収容部１４０ａは、例えば表裏面に貫通するコイル収容穴にて形成されている。このコイル収容穴１４０ａに平面状コイル１３０が収容される。これにより、平面状コイル１３０のスパイラル巻回部分の厚さの全部または一部は、配線基板１４０のコイル収容穴１４０ａにて吸収され、コイルユニット１２の総厚を薄くできる。また、平面状コイル１３０の伝送面側が配線基板１４０のコイル収容穴１４０ａを介して露出するので、図２に示す一次コイルＬ１（１３０）と二次コイルＬ２間の伝送間距離を短縮でき、伝送効率が向上する。
【００２７】
なお、配線基板１４０の伝送面側には、平面状コイル１３０および配線基板１４０を保護するための保護シート１５０を設けることができる。
【００２８】
以下、各構成要素についてさらに具体的に説明する。
【００２９】
平面状コイル１３０は、平面的なコイルであれば特に限定されないが、たとえば、単芯または多芯の被覆コイル線を平面上で巻回した空芯コイルを適用することができる。本実施形態で１０数本の多芯のコイル線を採用している。
【００３０】
平面状コイル１３０は、上述したように、配線基板１４０に設けられたコイル収容部１４０ａに収容されている。このようにコイル収容部１４０ａに平面状コイル１３０を収容することで、上述したコイルユニット１２の薄型化に寄与できる他、平面状コイル１３０の伝送面をその周囲の面と面一にし易い。事実、本実施形態では保護シート１５０には凹凸は生じない。また、コイル収容穴１４０ａは、平面状コイル１３０の外形に対応した形状を有する。これにより、平面状コイル１３０をコイル収容穴１４０ａに収容しさえすれば、平面状コイル１３０を配線基板１４０に位置決めすることができるため、位置決めが容易となる。
【００３１】
平面状コイル１３０は、コイル内端を引き出すコイル内端引き出し線１３０ｂと、コイル外端を引き出すコイル外端引き出し線１３０ｃとを有する。コイル内端引き出し線１３０ｂは、図３で示すように、平面状コイル１３０の非伝送面側から引き出されることが好ましい。非伝送面側からコイル内端引き出し線１３０ｂを引き出すことで、伝送面がコイル内端引き出し線１３０ｂによって凸部が生じるのを防ぐことができるため、伝送面を面一にすることができると共に、伝送効率を向上させることができる。
【００３２】
配線基板１４０には、コイル収容穴１４０ａと連続して引き出し線収容穴１４０ｈが設けられている。引き出し線収容穴１４０ｈは、平面状コイル１３０のコイル内端引き出し線１３０ｂおよびコイル外端引き出し線１３０ｃを収容するためのものである。引き出し線収容穴１４０ｈがあることで、引き出し線１３０ｂ、１３０ｃがそこに収容されているため、その領域において引き出し線１３０ｂ、１３０ｃの厚み分だけ薄型化をすることができる。また、引き出し線１３０ｂ、１３０ｃは、引き出し線収容部１４０ｈにて比較的緩やかに屈曲されて配線基板１４０に乗り上げるため、断線が少なくなる。
【００３３】
コイル内端引き出し線１３０ｂおよびコイル外端引き出し線１３０ｃは、コンタクト電極（コイル接続端子）１４０ｂまで引き出され、半田付けにより配線電極１４０ｂと電気的に接続されている。コンタクト電極１４０ｂは、配線基板１４０の非伝送面側（図３では手前側）に設けられている。
【００３４】
図３に示すように、配線基板１４０には、外部接続端子１４１、１４２が設けられており、一方の外部接続端子１４１は、配線基板１４０の伝送面側に設けられた配線１４１ａで一方のコンタクト電極１４０ｂに接続され、他方の外部接続端子１４２は、配線基板１４０の伝送面側に設けられた配線１４２ａで他方のコンタクト電極１４０ｂに接続されている。配線基板１４０は、保護シート１５０と位置決めするための複数例えば２つの位置決め孔１４０ｅが設けられている。
【００３５】
保護シート１５０は、少なくとも平面状コイル１３０を保護するためのシートであるが、本実施形態では配線基板１４０及び平面状コイル１３０の伝送面側全体を覆っている。保護シート１５０は第一義的には絶縁性のものであれば特に限定されない。保護シート１５０は、図３に示すように、配線基板１４０の位置決め孔１４０ｅと対応した位置に、位置決め孔１５０ｂが設けられている。この位置決め孔１４０ｅ、１５０ｂにより、配線基板１４０と保護シート１５０との間で位置決めしやすい。また、本実施形態では、保護シート１５０は配線基板１４０に一致した外形であるが、これに限定されない。保護シート１５０の形状（面積）は、コイルユニットの伝送面側が接触する外装ケースの内部形状（面積）と接触面積が最大になるように形成することができる。こうすると、放熱効果はより高まる。
【００３６】
平面状コイル１３０の内側端子は、非伝送面側から引き出してある。このようにすることで、伝送面が面一になることによって、平面状コイル１３０と保護シート（放熱シート）１５０の密着性が高まり、接触熱抵抗が低減されて放熱しやすくなるという効果を奏することができる。
【００３７】
磁性シート１６０は、平面状コイル１３０の非伝送面側に貼り付けられている。磁性シート１６０は、平面状コイル１３０からの磁束を受ける働きをし、平面状コイル１３０のインダクタンスを上げるという基本機能を有する。磁性シートの材質としては、軟磁性材、フェライト軟磁性材、金属軟磁性材、等々種々の磁性材料を用いることができる。
【００３８】
充電器１０側の磁性シート１６０は、比較的柔軟性の高い材質を使用することができる。このため、一次コイル１３０のコイル内端引き出し線１３０ｂやフレキシブル基板１８１が、一次コイル１３０の非伝送面側にて突出しても、磁性シート１６０をその突出部に倣って変形させることができる。従って、一次コイル１３０と磁性シート１６０との間に、コイル内端引き出し線１３０ｂやフレキシブル基板１８１の厚みを吸収するスペーサを配置する必要はない。ただし、フレキシブル基板１８１は極薄いので、磁性シート１６０の変形はほとんど生じない。
【００３９】
３．一次コイルの温度検出素子
図１に示したような電磁誘導作用を利用した無接点電力伝送システムにおいて、電力伝送時にコイルユニット１２とコイルユニット２２との間に金属製の異物が存在すると、その異物に渦電流が生じて発熱し、異物および一次コイル１３０が過加熱状態となることがある。また、異物が存在しなくても、何らかの理由によりコイル１３０が過加熱状態となることもある。
【００４０】
そこで本実施形態では、平面状コイル１３０により磁力線が形成される領域（磁力線形成領域）に温度検出素子（温度検知センサ）の一例であるサーミスタ１８０を配置している。本実施形態では特に、平面状コイル１３０の空芯部１３０aにサーミスタ１８０を配置し、平面状コイル１３０およびその周辺の温度を監視する。本実施形態では、空芯部１３０ａは磁束密度が特に大きく、この空芯部１３０ａに異物が混入した時に、異物に生ずる渦電流による温度上昇が最も激しく、発熱も大きいからである。このようにすると、空芯部１３０ａ近くに異物が混入したことを、サーミスタ１８０により確実に検知できる。
【００４１】
そして、サーミスタ１８０による検知温度が一定温度以上となったとき、あるいは周囲温度とサーミスタ検知温度が一定値以上となったとき、あるいは温度上昇速度が一定値以上となったときに、充電器１０側の平面状コイル１３０の駆動を停止することができる。
【００４２】
サーミスタ１８０は、フレキシブル配線基板１８１を用いて平面状コイル１３０の空芯部１３０aに配置される。フレキシブル配線基板１８１は、その先端にサーミスタ１８０が設けられ、他端に電極１８２が設けられている。フレキシブル配線基板１８１は、平面状コイル１３０と磁性シート１６０との間にあって平面状コイル１３０の非伝送面側において、平面状コイル１３０の空芯部１３０ａより放射方向（半径方向）に沿って配置される。これによって、フレキシブル基板１８１の一端側に搭載されたサーミスタ１８０が、平面状コイル１３０の空芯部１３０aに配置される。フレキシブル配線基板１８１の電極１８２は、配線基板１４０の電極１４３と接続される。
【００４３】
４．一次コイルユニットと制御ユニット
図４は、コイルユニット１２と制御ユニット１９０とを電気的に接続した形態を示している。このコイルユニット１２と制御ユニット１９０とで送電装置が構成される。図４に示すコイルユニット１２は、コイル内端・外端引き出し線１３０ｂ，１３０ｃやフレキシブル基板１８１等の配置が図３とは異なるが、基本的構造は図３と同じである。
【００４４】
図４に示すコイルユニット１２では、基板１４０に収容された平面状コイル１３０の非伝送面側の磁性シート１６０は、基板１４０の表面より突出する平面状コイル１３０に沿って変形した第１の変形部１６１と、コイル内端引き出し線１３０ｂに沿って変形した第２の変形部１６２を有する。フレキシブル基板１８１は極薄いので、磁性シート１６０はほとんど変形しないでフレキシブル基板１８１の厚みを吸収できる。
【００４５】
図４に示す制御ユニット１９０は、コイルユニット１２とは別体で形成されている。コイルユニット１２の基板１４０には外部接続端子１４１，１４２（図３）に接続される第１のコネクタ１４５が搭載され、制御ユニット１９０の基板１９１には第２のコネクタ１９２が搭載されている。第１，第２のコネクタ１４５，１９２同士を電気的に接続することで、コイルユニット１２と制御ユニット１９０とが電気的に接続される。
【００４６】
制御ユニット１９０は、コイルユニット１２を駆動するための各種回路が搭載されている。例えば、制御ユニット１９０は、一次コイル１３０に通電して無接点電力伝送を行うための送電回路を含んでいる。この送電回路には送電制御部が配置される。送電制御部は、コイルユニット１２のサーミスタ１８０からの信号が入力され、異常温度が検出された時に一次コイル１３０への通電を遮断できる。
【００４７】
５．伝送装置
図５は、図３に示すコイルユニット１２と図４に示す制御ユニット１９０とを含む伝送装置の概略ブロック図である。図５において、この伝送装置は、制御ユニット１９０が送電部２００、送電制御部２１０及び異常温度上昇検出部２２０を含んでいる。
【００４８】
送電部２００は、電力伝送時には所定周波数の交流電圧を生成し、データ転送時にはデータに応じて周波数が異なる交流電圧を生成して、一次コイルＬ１（１３０）に供給する。この送電部２００は、一次コイルＬ１の一端を駆動する第１の送電ドライバと、一次コイルＬ１の他端を駆動する第２の送電ドライバと、一次コイルＬ１と共に共振回路を構成する少なくとも１つのコンデンサを含むことができる。そして、送電部２００が含む第１、第２の送電ドライバの各々は、例えばパワーＭＯＳトランジスタにより構成されるインバータ回路（バッファ回路）であり、送電制御部２１０により制御される。送電制御部２１０での制御は、異常温度上昇検出部２２０からの信号に基づいて、一次コイルＬ１への通電を停止して送電を停止する制御を含んでいる。
【００４９】
図６は図５に示す異常温度上昇検出部２２０の一例を示すブロック図である。図６において、高電位線２２１と低電位線２２２との間には、サーミスタ１８０を含む分圧回路２２３が設けられている。この分圧回路２２３で分圧されたアナログ電圧はアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２２４に入力される。Ａ／Ｄ変換器２２４は、分圧された電圧をデジタル信号に変換する。遅延回路２２５は、Ａ／Ｄ変換器２２４からのデジタル信号を遅延させる。減算器２２６は、遅延回路２２５からの第１の時刻での信号とＡ／Ｄ変換器２２４からの第２の時刻での信号との間の差分を演算する。
【００５０】
本実施形態では、遅延回路２２５からの第１の時刻での信号（第１の電圧）からＡ／Ｄ変換器２２４からの第２の時刻での信号（第２の電圧）を減算する。減算器２２６の出力がプラスであれば、サーミスタ１８０は温度上昇中の温度を検出したことを意味し、減算器２２６の出力がマイナスであれば、サーミスタ１８０は温度降下した温度を検出したことを意味する。
【００５１】
比較器２２７は、基準値Ｒｅｆと減算器２２６の出力とを比較する。基準値Ｒｅｆは、遅延回路２２５にて遅延された時間（単位時間）あたりの異常温度上昇時の値がセットされている。よって、比較器２２６での比較出力がプラス（温度上昇中）であって、かつ、単位時間当たりの温度上昇値が基準値Ｒｅｆ以上であれば、比較器２２７より例えばＨが出力され、それ以外であればＬが出力される。
【００５２】
つまり、図６に示す異常温度上昇検出部２２０は、サーミスタ１８０の可変抵抗値によって変化する第１の時刻の電圧である第１の電圧と第２の時刻の電圧である第２の電圧に基づいて、異常温度上昇を検出することができる。
【００５３】
送電制御部２１０は、異常温度上昇検出部２２０の出力、つまり比較器２２７の出力が入力され、比較器２２７の出力がＨであれば送電を停止制御し、比較器２２７の出力がＬであれば送電を継続する。
【００５４】
図７は、送電開始時からの温度上昇カーブを示す特性図である。図７において、正常時には通電による一次コイルＬ１等の発熱によりサーミスタ１８０での検出温度は、図７中のＴ１にて変化する。つまり、送電開始により温度が上昇し、時刻ｔ１にて温度上昇率が最大となり、その後温度上昇率は低下し、飽和温度に達することで温度上昇率は０となる。
【００５５】
図７において、一次・二次コイルＬ１，Ｌ２間であって一次コイルＬ１の空芯部１３０ａに異物が存在した時の温度上昇カーブをＴ２とし、空芯部１３０ａより外れた位置に異物が存在した時間の温度上昇カーブをＴ３とする。上昇カーブＴ２は上昇カーブＴ３よりも送電開始後の温度上昇率が大きいとしても、異常時のカーブＴ２，Ｔ３はともに、正常時のカーブＴ１よりも、送電開始後の温度上昇率は大きい。
【００５６】
よって、図６の比較器２２７に設定される基準値Ｒｅｆとしては、正常時の上昇カーブＴ１と異常時の上昇カーブＴ３との間に所定のマージンＭが確保される値をしきい値とすれば、この閾値よりも高い温度上昇率が発生した時を異常と判定できる。
【００５７】
本実施形態では、例えばコイル電流が２ｍＡ時に０．２秒毎にサーミスタ１８０にて温度検出し、単位時間例えば１０秒前（第１の時刻）での第１の温度と、現在（第２の時刻）での第２の温度との間の温度差を、閾値と比較することで、異常時に送電停止することができる。特に、温度の立ち上がり速度を見ているので、温度がある絶対値（危険温度）に達する前に異常して、送電を停止制御することができる。
【００５８】
ただし、温度上昇率及び正常−異常時のマージンＭは、一次側コイルユニット１２の周囲の部材、例えば一次側筐体の材質、厚さ、形状またはコイルユニット１２と筐体の間の距離などの放熱環境で異なるので、比較器２２７の基準値は、製品毎に調整し、あるいは出荷時に調整することが好ましい。
【００５９】
図８は、図５に示す異常温度上昇検出部２２０の他の一例を示すブロック図である。図８に示す異常温度上昇検出部２２０は、図６に示すＡ／Ｄ変換器２２４を抵抗値−周波数（Ｒ／Ｆ）変換器２３０と周波数カウンタ２３１に置き換えたものである。Ｒ／Ｆ変換器２３０は、サーミスタ１８０の抵抗値を周波数に変換するもので、サーミスタ１８０の抵抗と共にＲＣ回路を形成している。図９は、Ｒ／Ｆ変換器２３０の出力信号を示しており、ＲＣ回路の時定数に基づいて変化する信号を、所定の閾値Ｖｒｅｆと比較して矩形波に変換している。周波数カウンタ２３１は、図９に示すように、Ｒ／Ｆ変換器２３０からの出力信号をクロック信号で計数するものである。
【００６０】
ここで、サーミスタ１８０が例えば高温時に抵抗値が小さくなる負特性であれば、高温時にはＲＣ回路の時定数は小さくなり高周波数となる一方で、低温時にはＲＣ回路の時定数が大きくなり低周波数となる。このように、周波数が温度と相関を有するため、図６にて温度と相関のある電圧値に基づいて温度時上昇率を検出した場合と同様にして、異常時の温度上昇を検出できる。つまり、図８の異常温度上昇検出部２２０は、サーミスタ１８０の可変抵抗値によって変化する第１の時刻の周波数である第１の周波数と第２の時刻の周波数である第２の周波数を比較した結果に基づいて、異常温度上昇を検出することができる。
【００６１】
６．変形例
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるものである。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。
【００６２】
上述した実施形態では、図１に示す電子機器のうち、特に小型・軽量化が求められる携帯電話機２０側のコイルユニット１２に適用した例であったが、充電器１０のコイルユニット２２に適用しても良い。
【００６３】
また、本実施の形態は、電力伝送や信号伝送を行うすべての電子機器に適用可能であり、たとえば、腕時計、電動歯ブラシ、電動ひげ剃り、コードレス電話、パーソナルハンディフォン、モバイルパソコン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）、電動自転車などの二次電池を備える被充電機器と充電機器とに適用可能である。
【００６４】
さらに、本発明が適用されるコイルユニットは、スパイラル状に巻回した空芯の平面状コイルに限らず、他の種々のコイルを使用しても良い。
【００６５】
図１０は、上述した実施形態とは異なるタイプのコイルユニット３００を示している。このコイルユニット３００は、例えば平板状の磁性体コア３１０の周囲にコイル線３２０を巻回したコイル３３０を有する。このコイルユニット３００のコイル線３２０に交流電流を流すと、磁性体コア３１０に磁路が形成されると共に、この磁性体コア３１０と平行に磁束線が形成される。このコイルユニット３００を一次コイルＬ１として用いても、二次コイルＬ２との磁気結合により無接点電力伝送が可能である。
【００６６】
つまり、本発明は、コイルの一面に磁性体を有するものに限らず、磁性体をコアとして使用するものにも適用できる。コイルとそのコイルの磁路を形成する磁性体との組み合わせは、上述したものに限らず、他の種々の形状のコイル及び磁性体を組み合わせても良く、必ずしも平面的な薄型コイルユニットでなくてもよい。一次・二次コイルＬ１，Ｌ２間に介在した異物の発熱に伴う温度上昇率に基づいて異常検出できるものであれば、コイルの種別は問わない。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】充電器と、この充電器に充電される電子機器例えば携帯電話機とを模式的に示す図である。
【図２】無接点電力伝送方式の一例を示す図である。
【図３】一次コイルユニットを模式的に示す分解斜視図である。
【図４】一次コイルユニットと制御ユニットとを電気的に接続した伝送装置の概略斜視図である。
【図５】図４に示す制御ユニットの概略ブロック図である。
【図６】図５に示す異常温度上昇検出部の一例を示すブロック図である。
【図７】送電開始時からのサーミスタ検出温度の上昇カーブを示す特性図である。
【図８】図５に示す異常温度上昇検出部の他の一例を示すブロック図である。
【図９】図８に示すＲ／Ｆ変換器の出力信号を示す特性図である。
【図１０】異なるタイプのコイルユニットを示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０  充電器（電子機器）、１２  一次コイルユニット（コイルユニット）、
２０  携帯電話機（電子機器）、２２  二次コイルユニット、
１３０  一次コイル（平面状コイル）、１３０ａ  空芯部、
１３０ｂ  コイル内端引き出し線、１３０ｃ  コイル外端引き出し線、
１３１  コイル線、１４０  基板、１４０ａ  コイル収容部、１５０  保護シート、
１６０  磁性シート、１８０  温度検出素子（可変抵抗素子、サーミスタ）、
１８１  フレキシブル基板、１８３  位置決め孔、１９０  制御ユニット、
１９１  基板、２００  送電部、２１０  送電制御部、２２０  異常温度上昇検出部、
２２１  高電位線、２２２  低電位線、２２３  分圧回路、２２４  Ａ／Ｄ変換器、
２２５  遅延回路、２２６  減算器、２２７  比較器、
２３０  抵抗値−周波数（Ｒ／Ｆ）変換回路、２３１  周波数カウンタ
【図１】
2009273260.tif 000003
【図２】
2009273260.tif 000004
【図３】
2009273260.tif 000005
【図４】
2009273260.tif 000006
【図５】
2009273260.tif 000007
【図６】
2009273260.tif 000008
【図７】
2009273260.tif 000009
【図８】
2009273260.tif 000010
【図９】
2009273260.tif 000011
【図１０】
2009273260.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成21年3月19日(2009.3.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次コイルと二次コイルと電磁的に結合させて前記一次コイルから前記二次コイルに電力を供給する無接点電力伝送装置において、
温度を検出するための温度検出素子と、
前記温度検出素子にて検出される第１の時刻の温度である第１の温度と第２の時刻の温度である第２の温度とに基づいて、温度上昇を検出する検出部と、
を含み、
前記温度上昇が基準値よりも大きい時に前記一次コイルからの前記電力の供給を停止することを特徴とする無接点電力伝送装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記温度検出素子は、温度によって抵抗値が変化する可変抵抗素子であることを特徴とする無接点電力伝送装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記検出部は、前記可変抵抗素子によって変化する前記第１の時刻の電圧である第１の電圧と前記第２の時刻の電圧である第２の電圧に基づいて、前記温度上昇を検出することを特徴とする無接点電力伝送装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記検出部は、前記可変抵抗素子の前記抵抗値を周波数変換する抵抗値−周波数変換回路を含み、前記第１の時刻の周波数である第１の周波数と前記第２の時刻の周波数である第２の周波数を比較した結果に基づいて前記温度上昇を検出することを特徴とする無接点電力伝送装置。
【請求項５】
請求項３または４において、
前記検出部は、前記温度検出素子にて検出される前記第１の温度と前記第２の温度との差分結果と、前記基準値とを比較する比較器を含み、前記基準値は調整可能であることを特徴とする無接点電力伝送装置。
【請求項６】
一次コイルを二次コイルと電磁的に結合させて、受電装置の負荷に対して電力を供給する無接点電力伝送装置における送電装置において、
前記一次コイルに交流信号を供給する送電部と、
前記一次コイルの磁力線形成領域に配置される温度検出素子と、
前記温度検出素子にて検出される第１の時刻の温度である第１の温度と第２の時刻の温度である第２の温度とに基づいて、温度上昇を検出する検出部と、
前記送電部を制御する送電制御部と、
を含み、
前記送電制御部は、前記温度上昇が基準値よりも大きい時に前記一次コイルからの送電を停止する制御を行うことを特徴とする送電装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記温度検出素子は、温度によって抵抗値が変化する可変抵抗素子であることを特徴とする送電装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記検出部は、前記可変抵抗素子によって変化する前記第１の時刻の電圧である第１の電圧と前記第２の時刻の電圧である第２の電圧に基づいて、前記温度上昇を検出することを特徴とする送電装置。
【請求項９】
請求項７において、
前記検出部は、前記可変抵抗素子の前記抵抗値を周波数変換する抵抗値−周波数変換回路を含み、前記第１の時刻の周波数である第１の周波数と前記第２の時刻の周波数である第２の周波数を比較した結果に基づいて前記温度上昇を検出することを特徴とする送電装置。
【請求項１０】
請求項８または９において、
前記検出部は、前記温度検出素子にて検出される前記第１の温度と前記第２の温度との差分結果と、前記基準値とを比較する比較器を含み、前記基準値は調整可能であることを特徴とする送電装置。
【請求項１１】
請求項６乃至１０のいずれかにおいて、
前記一次コイルは空芯部を有する空芯コイルであり、
前記温度検出素子は前記空芯部に配置されることを特徴とする送電装置。
【請求項１２】
請求項１乃至５のいずれかに記載の無接点電力伝送装置または請求項６乃至１１のいずれかに記載の送電装置を含むことを特徴とする電子機器。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、無接点電力伝送装置、無接点電力伝送に好適な送電装置およびその送電装置を用いた電子機器等に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明の幾つかの態様では、異物混入等の異常発熱を検出することができる無接点電力伝送装置、送電装置及びそれを用いた電子機器を提供することができる。