JP6918526B2 - 非接触電力伝送装置及び非接触送電装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、非接触電力伝送装置及び非接触送電装置に関する。

非接触で電力を伝送する非接触電力伝送装置が普及しつつある。非接触電力伝送装置は、電力を供給（送電）する非接触送電装置と、非接触送電装置から供給された電力を受け取る非接触受電装置とを備える。非接触送電装置は、電磁誘導または磁界共振（共鳴）などによって非接触受電装置と電磁結合された状態において、非接触受電装置に電力を供給する。非接触送電装置は、送電コイルが設けられた送電台を有する。非接触送電装置は、送電コイルから磁界を発生させることによって、送電台に設置された非接触受電装置に電力を供給する。非接触受電装置は、二次電池を備える。非接触受電装置は、非接触送電装置から供給された電力を二次電池に蓄える充電処理を行う。

また、非接触送電装置と、非接触受電装置とで認証処理を行った上で送電を開始する非接触電力伝送装置がある。非接触送電装置は、間欠的に低電力で送電を行うことにより、送電台に設置された非接触受電装置との間で認証処理を行う。非接触送電装置は、送電台に設置された非接触受電装置が非接触送電装置に対応した正しい機器であると判定した場合、通常の電力で送電を行うことにより、送電台に設置された非接触受電装置に対して電力を供給する。

このような非接触電力伝送装置において、非接触送電装置の送電台と非接触受電装置との間に何らかの異物が挿入されることが想定される。例えば異物が金属などの導電体である場合、非接触送電装置から送電台に設置された非接触受電装置に対する電力の供給が行われると、導電体に渦電流が発生し、発熱する可能性がある。また異物が非接触ＩＣカードのようなアンテナを内蔵した電子部品である場合、ＩＣカード内のアンテナで電力を受電し、ＩＣカード内のＩＣが破損するような虞がある。非接触送電装置の送電コイルから出力される電力は、非接触受電装置及び異物などの二次側における負荷に応じて大きくなる。そこで、非接触送電装置は、送電コイルまたは送電回路に流れる電流を検出することによって、異物の有無を判断する。さらに、認証処理時及び送電中に異物の検出を行い、異物が検出された場合、送電を停止する非接触送電装置がある。

異物に吸収される電力は、送電台から送電される電力に比例して大きくなる。この為、異物の検出の精度は、送電台から送電される電力が大きくなる程高くなる。しかし、上記のように非接触送電装置が間欠的に低電力で送電を行うことにより認証処理を行う構成である場合、認証処理時の異物の検出の精度が低いという課題がある。

また、非接触送電装置が、送電台に設置された非接触受電装置が非接触送電装置に対応した正しい機器であると判定し、且つ認証処理時に異物が検出されない場合に通常の電力で送電を行う構成である場合、異物に対して大きな電力が供給されてしまうという課題がある。

特開２０１１−２２９２６５号公報

本発明が解決しようとする課題は、安全且つ精度が高い異物検出を行うことができる非接触電力伝送装置及び非接触送電装置を提供することである。

一実施形態に係る非接触電力伝送装置は、非接触受電装置と、前記非接触受電装置に電力を送電する非接触送電装置と、を具備する非接触電力伝送装置であって、前記非接触送電装置は、送電コイルと、前記送電コイルにより電力を送電する送電回路と、前記非接触受電装置における充電処理を行うための充電電圧である第１の電圧と前記第１の電圧よりも低い第２の電圧とのいずれか電力を用いて前記送電回路を駆動する第１の制御回路と、を具備し、前記非接触受電装置は、前記送電コイルと電磁結合する受電コイルと、前記受電コイルに接続された場合に前記受電コイルが受け取った電力が供給される負荷回路と、を具備し、前記第１の制御回路は、前記第２の電圧の電力を用いて前記送電回路を駆動し、前記非接触受電装置との間で認証処理を行い、前記認証処理が成功した場合、前記第２の電圧の電力を用いて異物を検出する第１の異物検出処理を行い、前記第１の異物検出処理で異物が検出されなかった場合、前記第１の電圧の電力を用いて前記送電回路を駆動し、前記非接触受電装置において前記送電コイルと前記負荷回路とが接続される前に、異物を検出する第２の異物検出処理を行う。

図１は、一実施形態に係る非接触電力伝送装置の構成例について説明する為の図である。 図２は、一実施形態に係る非接触電力伝送装置の非接触送電装置及び非接触受電装置の構成例について説明する為の図である。 図３は、一実施形態に係る非接触送電装置の動作の例について説明する為の図である。 図４は、一実施形態に係る非接触送電装置の動作の例について説明する為の図である。 図５は、一実施形態に係る非接触受電装置の動作の例について説明する為の図である。 図６は、一実施形態に係る非接触受電装置における送電電流の測定結果と、異物検出の可否とについて説明する為の図である。 図７は、一実施形態に係る非接触電力伝送装置の非接触送電装置及び非接触受電装置の他の構成例について説明する為の図である。

以下、一実施形態に係る非接触送電装置、非接触受電装置、非接触電力伝送装置について図面を参照して説明する。
図１は、一実施形態に係る非接触電力伝送装置１の構成例を示す説明図である。

非接触電力伝送装置１は、電力を供給（送電）する非接触送電装置２と、非接触送電装置２から供給された電力を受け取る非接触受電装置３とを備える。

非接触送電装置２は、電磁誘導または磁界共振（共鳴）などによって非接触受電装置３と電磁結合された状態において、非接触受電装置３に電力を供給する。非接触送電装置２は、送電台４及び表示部５を備える。送電台４は、非接触送電装置２の筐体の一部が平板状に形成された部分であって、図示されない送電コイルが設けられたものである。表示部５は、非接触送電装置２の状態を示すインジケータ（例えばＬＥＤまたはディスプレイ等）である。

非接触受電装置３は、非接触送電装置２から送電された電力を受け取る装置である。非接触受電装置３は、例えばスマートフォン、タブレットＰＣなどの携帯情報端末として構成される。非接触受電装置３は、図示されない受電コイル及び二次電池を備える。受電コイルは、非接触受電装置３の筐体のいずれかの面に設けられる。受電コイルは、非接触受電装置３の筐体の受電コイルが設けられた面が送電台４に向けられた状態で非接触受電装置３が配置された場合、非接触送電装置２の送電コイルと電磁結合する。二次電池は、電力を蓄えるとともに、非接触受電装置３に電力を供給する電池である。

非接触送電装置２は、送電台４に設置された非接触受電装置３に電力を供給する。例えば、非接触送電装置２は、送電コイルから磁界を発生させることによって、送電コイルと電磁結合された受電コイルを介して非接触受電装置３に電力を供給する。

非接触受電装置３の受電コイルは、非接触送電装置２の送電コイルから出力された磁界によって、誘導電流を発生させる。非接触受電装置３は、受電コイルに生じた電力を二次電池に蓄える充電処理を行う。

図２は、一実施形態に係る非接触電力伝送装置１の非接触送電装置２及び非接触受電装置３の構成例について説明する為の説明図である。

非接触送電装置２には、商用電源からＡＣアダプタ６などの直流電源を介して第１の電圧の直流電力が供給される。具体的には、非接触送電装置２には、ＡＣアダプタ６から直流１９Ｖの電源が供給される。非接触送電装置２は、直流電源により、非接触受電装置３に対して連続的に通常の電力を供給する送電状態、間欠的に小さい電力を送電する待機状態などの動作状態のいずれかで動作する。

（非接触送電装置２について）
非接触送電装置２は、第１の電圧変換回路１１、第２の電圧変換回路１２、第１の切替回路１３、送電回路１４、送電コイル１５、第１のコンデンサ１６、電流センサ１７、電流検出回路１８、表示部５、第１の通信回路１９、及び第１の制御回路２０などを備える。

第１の電圧変換回路１１は、外部の直流電源から供給される第１の電圧の直流電力を、第１の電圧よりも低い第２の電圧の直流電力に変換する。第１の電圧変換回路１１は、第２の電圧の直流電力を第１の切替回路１３に供給する。第２の電圧は、非接触送電装置２を待機状態で動作させる為の電圧である。具体的には、第１の電圧変換回路１１は、ＡＣアダプタ６から供給される直流１９Ｖの電力を直流５Ｖの電力に変換する。

第２の電圧変換回路１２は、外部の直流電源から供給される第１の電圧の直流電力を、第１の電圧よりも低い第３の電圧の直流電力に変換する。第２の電圧変換回路１２は、第３の電圧の直流電力を第１の制御回路２０に供給する。第３の電圧は、第１の制御回路２０を動作させる為の電圧である。具体的には、第２の電圧変換回路１２は、ＡＣアダプタ６から供給される直流１９Ｖの電力を直流３．３Ｖの電力に変換する。なお、第１の制御回路２０が第２の電圧の直流電力により動作可能な構成である場合、第２の電圧変換回路１２を省略し、第１の電圧変換回路１１が直流５Ｖの電力を第１の制御回路２０に供給する構成であってもよい。

第１の切替回路１３は、送電回路１４に供給する直流電力を選択的に切り替える。例えば、第１の切替回路１３は、外部の直流電源から供給される第１の電圧の直流電力と、外部の直流電源から供給される直流電力が第１の電圧変換回路１１により降圧された第２の電圧の直流電力とのいずれかを送電回路１４に供給する。第１の切替回路１３は、送電回路１４に供給する直流電力を第１の制御回路２０の制御に基づいて切り替える。

送電回路１４は、第１の切替回路１３から供給される直流電力に基づいて交流電力を生成し、送電コイル１５に交流電力を供給する。例えば、送電回路１４は、電力伝送に電磁誘導方式を利用する場合、１００ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ程度の交流電力を送電コイル１５に供給する。また、例えば、送電回路１４は、電力伝送に磁界共振方式を利用する場合、６．７８ＭＨｚまたは１３．５６ＭＨｚ等のＭＨｚ帯の交流電力を送電コイル１５に供給する。なお、送電回路１４が送電コイル１５に供給する交流電力の周波数は、上記に限定されるものではなく、電力伝送の方式に応じたものであれば如何なるものであってもよい。また、送電回路１４が送電コイル１５に供給する交流電力の周波数は、非接触受電装置３の仕様に応じて変更されてもよい。

送電コイル１５は、第１のコンデンサ１６と直列接続される。第１のコンデンサ１６は、共振用のコンデンサである。送電コイル１５と第１のコンデンサ１６とが接続されることにより、共振回路（送電共振回路）が構成される。送電コイル１５は、送電回路１４から供給された交流電力によって磁界を発生する。

電流センサ１７は、第１の切替回路１３と送電回路１４との間に接続された微小抵抗である。電流センサ１７には、第１の切替回路１３から送電回路１４に伝送される電流に応じた電位（電流検出信号）が生じる。

電流検出回路１８は、電流センサ１７に生じた電流検出信号を増幅し、第１の制御回路２０に供給する。

表示部５は、非接触送電装置２の状態を示すインジケータである。表示部５は、第１の制御回路２０の制御に応じて表示を切り替える。例えば、表示部５は、非接触送電装置２の動作状態に応じて表示色を切り替える。また、例えば、表示部５は、異物検出処理の結果に応じて表示色を切り替えてもよい。あるいは、表示部５は、動作状態をメッセージで表示するようにしてもよい。

第１の通信回路１９は、非接触受電装置３と無線通信を行う為のインターフェースである。第１の通信回路１９は、電力伝送の周波数とは異なる周波数で無線通信を行う回路である。第１の通信回路１９は、例えば、２．４ＧＨｚまたは５ＧＨｚ帯を使用する無線ＬＡＮ、９２０ＭＨｚ帯を使用する近距離無線通信装置などである。具体的には、第１の通信回路１９は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）またはＷｉ−Ｆｉ（登録商標）などの規格に従って非接触受電装置３と無線通信を行う回路である。なお、第１の通信回路１９は、電力伝送の搬送波を負荷変調して非接触受電装置３と通信を行う為の信号処理を行う回路であってもよい。

第１の制御回路２０は、表示部５、第１の切替回路１３、送電回路１４、及び第１の通信回路１９の動作をそれぞれ制御する。例えば、第１の制御回路２０は、非接触送電装置２の状態に応じて表示部５の表示を切り替える。また、第１の制御回路２０は、第１の切替回路１３における切り替えを制御する。また、第１の制御回路２０は、送電回路１４から出力する交流電力の周波数を制御したり、送電回路１４の動作をＯＮまたはＯＦＦしたりする。またさらに、第１の制御回路２０は、第１の通信回路１９を介した非接触受電装置３との通信を制御する。

第１の制御回路２０は、演算素子とメモリとを備える。演算素子は、演算処理を実行する。演算素子は、例えば、メモリに記憶されているプログラム及びプログラムで用いられるデータに基づいて種々の処理を行う。メモリは、プログラム及びプログラムで用いられるデータなどを記憶する。なお、第１の制御回路２０は、マイコン、及び／または発振回路などにより構成されていてもよい。

（認証処理について）
第１の制御回路２０は、第１の通信回路１９を介して非接触受電装置３と通信を行うことにより、非接触受電装置３との間で認証処理を行う。認証処理は、送電台４に設置された非接触受電装置３が正しい機器であるかどうかを判断する処理である。具体的には、第１の制御回路２０は、第１の通信回路１９を介して非接触受電装置３から非接触受電装置３の識別情報、型番、対応している電力伝送の方式、対応している周波数などを示す情報を認証情報として取得する。なお、認証情報としては、非接触受電装置３の識別情報のみでも構わないし、その他の情報であってもよい。第１の制御回路２０は、取得した認証情報と、メモリに記録されている情報とを比較することにより、送電台４に設置された非接触受電装置３が、非接触送電装置２により電力を供給することができる正しい機器であるかどうかを判断する。

（設置検出処理について）
第１の制御回路２０は、電流検出回路１８から供給された電流検出信号に基づいて、送電台４に電力の供給対象である非接触受電装置３が設置されたか否かを判断する設置検出処理を行う。例えば、第１の制御回路２０は、間欠的に送電を行う待機状態において、送電時の電流検出信号に変化が生じた場合、何らかの非接触受電装置３が送電台４に設置されたと判断する。

（異物検出処理について）
第１の制御回路２０は、電流検出回路１８から供給された電流検出信号に基づいて、異物の有無を検出する異物検出処理を行う。異物検出処理は、送電台４上に電力の供給対象ではない何らかの導電体を備える物体（異物）が存在するか否かを判断する処理である。異物は、例えば、クリップなどのように導電体が剥き出しになったものであってもよいし、非接触ＩＣカードなどのように樹脂などの筐体に導電体が収容されたものであってもよい。送電台４上に異物が存在する場合、送電コイル１５から出力された電力の一部が異物に吸収される。この為、送電回路１４に流れる電流が増加する。そこで、第１の制御回路２０は、電流検出信号が予め設定された閾値以上である場合、送電台４上に異物が存在すると判断する。

なお、異物検出処理に用いられる閾値は、異物検出処理を行う際の送電回路１４の駆動状態、及び二次側における負荷などに応じて設定される。例えば、送電回路１４に第２の電圧の直流電力が供給され、且つ非接触受電装置３が送電台４に設置されている場合、第１の制御回路２０は、異物検出処理に第１の閾値を用いる。第１の閾値を用いる異物検出処理を第１の異物検出処理と称する。また、例えば、送電回路１４に第１の電圧の直流電力が供給され、且つ非接触受電装置３において充電処理が実行されていない場合、第１の制御回路２０は、異物検出処理に第１の閾値よりも大きい第２の閾値を用いる。第２の閾値を用いる異物検出処理を第２の異物検出処理と称する。また、例えば、送電回路１４に第１の電圧の直流電力が供給され、且つ非接触受電装置３において充電処理が実行されている場合、第１の制御回路２０は、異物検出処理に第２の閾値よりも大きい第３の閾値を用いる。第３の閾値を用いる異物検出処理を第３の異物検出処理と称する。

なお、非接触受電装置３において充電処理が実行されている場合、第１の制御回路２０は、異物が存在しない状態における電流検出信号と、実際の電流検出信号とを比較して異物の有無を判断する構成であってもよい。

また、非接触受電装置３において充電処理が実行されている場合、第１の制御回路２０は、非接触受電装置３が受電した電力値を非接触受電装置３から取得し、送電した電力値と非接触受電装置３が受電した電力値とに基づいて電力伝送効率を算出し、算出した電力伝送効率に基づいて異物の有無を判断する構成であってもよい。このような構成によると、第１の制御回路２０は、算出した電力伝送効率が予め設定された閾値以下である場合、異物が存在する、または送電台４上における非接触受電装置３の位置ずれによって、電力伝送効率が低下していることを検出する。

（非接触受電装置３について）
非接触受電装置３は、受電コイル３１、第２のコンデンサ３２、整流回路３３、第３の電圧変換回路３４、第４の電圧変換回路３５、第２の切替回路３６、負荷回路３７、第２の通信回路３８、及び第２の制御回路３９などを備える。

受電コイル３１は、第２のコンデンサ３２と直列接続される。第２のコンデンサ３２は、共振用のコンデンサである。受電コイル３１と第２のコンデンサ３２とが接続されることにより、共振回路が構成される。受電コイル３１は、非接触受電装置３が非接触送電装置２の送電台４に設置された場合、非接触送電装置２の送電コイル１５と電磁結合する。受電コイル３１は、非接触送電装置２の送電コイル１５から出力された磁界によって、誘導電流を発生させる。即ち、受電コイル３１と第２のコンデンサ３２とから構成される共振回路は、共振回路に接続された整流回路３３に交流電力を供給する交流電源として機能する。

例えば、電力伝送に磁界共振方式を利用する場合、受電コイル３１と第２のコンデンサ３２とから構成される共振回路（受電共振回路）の自己共振周波数が、非接触送電装置２の送電コイル１５と第１のコンデンサ１６とから構成される共振回路（送電共振回路）の自己共振周波数と同一、或いはほぼ同一となるように構成されることが望ましい。これにより、受電共振回路と送電共振回路とが電磁結合した場合の電力の伝送効率が向上する。

なお、電力伝送に電磁誘導方式を利用する場合、送電コイル１５に接続されている第１のコンデンサ１６、または受電コイル３１に接続されている第２のコンデンサ３２は省略されてもよい。

しかしながら、送電コイル１５に第１のコンデンサ１６を接続し、受電コイル３１に第２のコンデンサ３２を接続することにより、電力の伝送効率を向上させることができる。これにより、送電コイル１５と受電コイル３１との間の最大伝送距離を伸ばすことができる。なお、第１のコンデンサ１６及び第２のコンデンサ３２は、それぞれ送電コイル１５及び受電コイル３１と直列に接続されると説明したが、この構成に限定されない。第１のコンデンサ１６及び第２のコンデンサ３２は、送電コイル１５及び受電コイル３１とそれぞれ並列に接続されていてもよい。

整流回路３３は、受電共振回路から供給される交流電力を整流し、直流に変換する。整流回路３３は、例えば複数のダイオードにより構成された整流ブリッジを備える。整流ブリッジの一対の入力端子は、受電共振回路に接続されている。整流回路３３は、受電共振回路から供給された交流電力を全波整流することにより、直流電力を一対の出力端子から出力する。整流回路３３の一対の出力端子には、第３の電圧変換回路３４と第４の電圧変換回路３５とが接続されている。整流回路３３は、直流電力を第３の電圧変換回路３４と第４の電圧変換回路３５とにそれぞれ供給する。

第３の電圧変換回路３４は、整流回路３３から供給される直流電力を、充電処理に用いられる第４の電圧の直流電力に変換する。第３の電圧変換回路３４は、第４の電圧の直流電力を第２の切替回路３６に供給する。

第４の電圧変換回路３５は、整流回路３３から供給される直流電力を、第２の制御回路３９を動作させる為の電圧である第５の電圧の直流電力に変換する。第４の電圧変換回路３５は、第５の電圧の直流電力を第２の制御回路３９に供給する。

第２の切替回路３６は、第３の電圧変換回路３４からの第４の電圧の直流電力を、負荷回路３７に供給する状態と供給しない状態とを切り替える。例えば、第２の切替回路３６は、第３の電圧変換回路３４と負荷回路３７とを接続している状態と、第３の電圧変換回路３４と負荷回路３７とを開放している状態とを切り替える。第２の切替回路３６は、第２の制御回路３９の制御に基づいて切り替えを行う。第２の切替回路３６は、例えばＭＯＳＦＥＴによるスイッチ、あるいはリレースイッチである。

負荷回路３７は、第３の電圧変換回路３４により生成された第３の電圧の直流電力を受け取る負荷である。負荷回路３７は、例えば二次電池及び二次電池に電力を充電する充電回路である。負荷回路３７は、第３の電圧変換回路３４により生成された第３の電圧の直流電力を二次電池に蓄える充電処理を行う。二次電池に蓄えられた電力は、非接触受電装置３の図示されない種々の回路の動作に用いられる。なお、負荷回路３７は、非接触受電装置３の外部に設けられていてもよい。この場合は、非接触受電装置３は、負荷回路３７の代わりに、コネクタまたはケーブル等を介して外部の負荷回路に電力を供給する為の出力端子を備えていてもよい。

第２の通信回路３８は、非接触送電装置２と無線通信を行う為のインターフェースである。第２の通信回路３８は、電力伝送の周波数とは異なる周波数で無線通信を行う回路である。第２の通信回路３８は、例えば、２．４ＧＨｚまたは５ＧＨｚ帯を使用する無線ＬＡＮ、９２０ＭＨｚ帯を使用する近距離無線通信装置などである。具体的には、第２の通信回路３８は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）またはＷｉ−Ｆｉ（登録商標）などの規格に従って非接触送電装置２と無線通信を行う回路である。なお、第２の通信回路３８は、電力伝送の搬送波を負荷変調して非接触送電装置２と通信を行う為の信号処理を行う回路であってもよい。

第２の制御回路３９は、第２の切替回路３６、及び第２の通信回路３８の動作をそれぞれ制御する。例えば、第２の制御回路３９は、第２の切替回路３６における切り替えを制御する。第２の制御回路３９は、第２の切替回路３６における切り替えを制御することにより、負荷回路３７が充電処理を実行する状態と実行しない状態とを切り替える。また、第２の制御回路３９は、第２の通信回路３８を介した非接触送電装置２との通信を制御する。

第２の制御回路３９は、演算素子とメモリとを備える。演算素子は、演算処理を実行する。演算素子は、例えば、メモリに記憶されているプログラム及びプログラムで用いられるデータに基づいて種々の処理を行う。メモリは、プログラム及びプログラムで用いられるデータなどを記憶する。なお、第２の制御回路３９は、マイコン、及び／または発振回路などにより構成されていてもよい。

（認証処理について）
第２の制御回路３９は、第２の通信回路３８を介して非接触送電装置２と通信を行うことにより、非接触送電装置２との間で認証処理を行う。第２の制御回路３９のメモリは、非接触受電装置３の識別情報、型番、対応している電力伝送の方式、対応している周波数などを示す情報を予め記憶する。第２の制御回路３９は、第２の通信回路３８を介して非接触送電装置２から特定の制御信号を受け取った場合、非接触受電装置３の識別情報、型番、対応している電力伝送の方式、対応している周波数などを示す情報をメモリから読み出し、認証情報として非接触送電装置２に送信する。これにより、非接触送電装置２において、非接触受電装置３が正しい機器であるかどうかを判断される。

次に、上記のような構成の非接触送電装置２及び非接触受電装置３の動作について説明する。

図３は、非接触送電装置２の動作の例について説明する為のフローチャートである。
非接触送電装置２は、起動されると、待機状態で動作する（ＡＣＴ１１）。このとき、非接触送電装置２の第１の制御回路２０は、第１の電圧変換回路１１からの第２の電圧の直流電力が送電回路１４に供給されるように、第１の切替回路１３を切り替える。さらに、第１の制御回路２０は、一定時間ごとに送電回路１４が動作するように制御する。これにより、第１の制御回路２０は、間欠的に、送電状態と比べて小さい電力を送電コイル１５から送電する。このように、第１の電圧変換回路１１の出力によって送電回路１４を間欠駆動することにより、省電力を実現できる。送電状態（通常送電状態）と比べて小さい電力を送電コイル１５から送電している為、通常送電状態と比べて放射ノイズを低減することもできる。

第１の制御回路２０は、間欠的に送電を行いつつ、設置検出処理を行う（ＡＣＴ１２）。これにより、第１の制御回路２０は、送電台４に非接触受電装置３が設置されたか否か確認する。例えば、第１の制御回路２０は、電流検出回路１８から供給された電流検出信号に変化がある場合、何らかの受電装置が送電台４に設置されたと判断する。

第１の制御回路２０は、送電台４に非接触受電装置３が設置されたと判断した場合、認証処理を行う（ＡＣＴ１３）。第１の制御回路２０は、送電台４に設置された非接触受電装置３に対して特定の制御信号を送信するように制御することにより、非接触受電装置３から認証情報を取得する。

第１の制御回路２０は、認証が正常に行われたか（認証ＯＫであるか）、認証が正常に行われなかったか（認証ＮＧであるか）を判断する（ＡＣＴ１４）。即ち、第１の制御回路２０は、非接触受電装置３から取得した認証情報に基づいて、非接触受電装置３が、非接触送電装置２により電力を供給することができる正しい機器（認証ＯＫ）であるかどうかを判断する。第１の制御回路２０は、認証ＮＧであると判断した場合（ＡＣＴ１４、ＮＯ）、ＡＣＴ１１の処理に移行する。なお、第１の制御回路２０は、認証ＮＧであると判断した場合、表示部５または他の手段によって認証がＮＧであることを報知してもよい。また、第１の制御回路２０は、認証ＯＫであると判断した場合、認証ＯＫであることを非接触受電装置３に送信してもよい。

第１の制御回路２０は、認証ＯＫであると判断した場合（ＡＣＴ１４、ＹＥＳ）、第１の異物検出処理を行う（ＡＣＴ１５）。第１の異物検出処理は、第１の閾値を用いて行われる異物検出処理である。第１の制御回路２０は、電流検出回路１８から供給された電流検出信号が予め設定された第１の閾値以上である場合、異物が存在すると判断する。第１の制御回路２０は、異物が存在すると判断した場合、送電回路１４に供給する直流電力の電圧を第２の電圧から第１の電圧に引き上げずに、送電を停止する。また、第１の制御回路２０は、異物が存在すると判断した場合、表示部５または他の手段によって異物が存在することを報知する。第１の制御回路２０は、第１の異物検出処理において異物が検出されなかった場合、ＡＣＴ１６の処理に移行する。

第１の制御回路２０は、第１の異物検出処理において異物が検出されなかった場合、送電回路１４の駆動電圧を変更する（ＡＣＴ１６）。例えば、第１の制御回路２０は、第１の切替回路１３を制御することにより、送電回路１４に第１の電圧変換回路１１からの直流電力が供給される状態から、送電回路１４に外部からの直流電力が供給される状態に切り替える。これにより、第１の制御回路２０は、送電回路１４に供給する直流電力の電圧を第２の電圧（例えば５Ｖ）から第１の電圧（例えば１９Ｖ）に引き上げる。なお、この段階では、非接触受電装置３において充電処理が開始されていない、即ち受電コイル３１（または第３の電圧変換回路３４）に負荷回路３７が接続されていない為、二次電池を充電するような大きな電力は送電されない。

次に、第１の制御回路２０は、第２の異物検出処理を行う（ＡＣＴ１７）。第２の異物検出処理は、第２の閾値を用いて行われる異物検出処理である。

図４は、第１の制御回路２０が実行する第２の異物検出処理の例について説明する為のフローチャートである。
非接触送電装置２は、電流センサ１７及び電流検出回路１８により、送電回路１４への送電電流を検出する（ＡＣＴ３１）。

第１の制御回路２０は、電流検出回路１８から供給された電流検出信号が、予め設定された第２の閾値以上であるか否か判断する（ＡＣＴ３２）。

第１の制御回路２０は、電流検出回路１８から供給された電流検出信号が、予め設定された閾値以上であると判断した場合（ＡＣＴ３２、ＹＥＳ）、異物が存在すると判断する（ＡＣＴ３３）。

第１の制御回路２０は、異物が存在すると判断した場合、送電回路１４への直流電力の供給を停止することにより、送電コイル１５からの送電を停止し（ＡＣＴ３４）、第２の異物検出処理を終了する。また、第１の制御回路２０は、第２の異物検出処理で異物を検出した場合、表示部５または他の手段によって異物が存在することを報知する。なお、第１の制御回路２０は、異物が存在すると判断した場合、異送電回路１４に供給する直流電力の電圧を第１の電圧から第２の電圧に引き下げる構成であってもよい。

第１の制御回路２０は、ＡＣＴ３２で電流検出回路１８から供給された電流検出信号が、予め設定された閾値以上ではないと判断した場合（ＡＣＴ３２、ＮＯ）、異物無しの判定を確定するか否か判断する（ＡＣＴ３５）。例えば、第１の制御回路２０は、第２の異物検出処理を開始してから予め設定された時間の間、異物が検出されない場合、異物無しの判定を確定する。また、第１の制御回路２０は、第２の異物検出処理を開始してから、異物が検出されないと判定した回数が予め設定された回数に達した場合、異物無しの判定を確定してもよい。第１の制御回路２０は、異物無しの判定を確定しない場合（ＡＣＴ３５、ＮＯ）、ＡＣＴ３１の処理に移行する。

第１の制御回路２０は、異物無しの判定を確定した場合（ＡＣＴ３５、ＹＥＳ）、負荷回路を接続することを指示する信号（負荷接続指示）を非接触受電装置３に送信し（ＡＣＴ３６）、第２の異物検出処理を終了する。即ち、第１の制御回路２０は、送電回路１４の駆動電圧を第２の電圧（例えば５Ｖ）から第１の電圧（例えば１９Ｖ）に引き上げても、異物が検出されない場合、充電処理を開始するように非接触受電装置３を制御する。

第１の制御回路２０は、第２の異物検出処理において異物が検出されず、非接触受電装置３に充電開始を指示した場合、送電回路１４の駆動電圧を第１の電圧で維持しつつ、第３の異物検出処理を行う（ＡＣＴ１８）。第３の異物検出処理は、第３の閾値を用いて行われる異物検出処理である。非接触受電装置３において負荷回路３７が接続された場合、非接触送電装置２から見た二次側の負荷となる回路が増加する。この為、送電回路１４に流れる電流が、非接触受電装置３において負荷回路３７が接続されていない場合に比べて増加する。この為、第１の制御回路２０は、非接触受電装置３において充電処理が行われている場合、第２の閾値よりも大きい第３の閾値を用いて第３の異物検出処理を行う。

第１の制御回路２０は、電流検出回路１８から供給された電流検出信号が予め設定された第３の閾値以上である場合、異物が存在すると判断する。第１の制御回路２０は、異物が存在すると判断した場合、送電回路１４に供給する直流電力の電圧を第１の電圧から第２の電圧に引き下げる、または送電回路１４への直流電力の供給を停止することにより、送電を停止する。また、第１の制御回路２０は、異物が存在すると判断した場合、表示部５または他の手段によって異物が存在することを報知する。第１の制御回路２０は、第３の異物検出処理において異物が検出されなかった場合、非接触受電装置３への送電を行いつつ、ＡＣＴ１９の処理に移行する。

第１の制御回路２０は、非接触受電装置３における充電処理の完了を検出する（ＡＣＴ１９）。例えば、第１の制御回路２０は、非接触受電装置３から充電処理が完了したことを示す情報を受信した場合、充電処理が完了したと判断する。また、非接触受電装置３において充電処理が完了した場合、負荷回路３７が第３の電圧変換回路から開放される。この為、送電回路１４に流れる電流が減少する。第１の制御回路２０は、送電回路１４に流れる電流の減少を電流検出回路１８からの電流検出信号に基づいて検出した場合、充電処理が完了したと判断する構成であってもよい。

第１の制御回路２０は、非接触受電装置３における充電処理の完了を検出した場合、送電回路１４に供給する直流電力の電圧を第１の電圧から第２の電圧に引き下げ（ＡＣＴ２０）、処理を終了する。なお、第１の制御回路２０は、非接触受電装置３における充電処理の完了を検出した場合、送電回路１４に供給する直流電力の電圧を第１の電圧から第２の電圧に引き下げ、ＡＣＴ１１の処理に移行してもよい。

図５は、非接触受電装置３の動作の例について説明する為のフローチャートである。

非接触受電装置３は、非接触送電装置２の送電台４に設置されると、非接触送電装置２から供給される電力によって起動する（ＡＣＴ４１）。なお、非接触受電装置３の第２の制御回路３９は、起動すると、負荷回路３７を第３の電圧変換回路３４から開放するように第２の切替回路３６を制御する。

第２の制御回路３９は、起動すると、非接触受電装置３との間で認証処理を行う（ＡＣＴ４２）。例えば、第２の制御回路３９は、非接触送電装置２からの制御信号に応じて認証情報を非接触送電装置２に送信する。

第２の制御回路３９は、非接触送電装置２において認証ＯＫと判定されたか否か判断する（ＡＣＴ４３）。例えば、第２の制御回路３９は、非接触送電装置２から認証ＯＫであることを示す情報を受け取った場合、非接触送電装置２において認証ＯＫと判定されたと判断する。また、第２の制御回路３９は、非接触送電装置２から供給される電力が増加したか否かを検知する回路を備えていてもよい。第２の制御回路３９は、非接触送電装置２から供給される電力が増加した場合、非接触送電装置２において認証ＯＫと判定されたと判断する。第２の制御回路３９は、非接触送電装置２において認証ＯＫと判定されなかったと判断した場合（ＡＣＴ４３、ＮＯ）、ＡＣＴ４１の処理に移行する。

第２の制御回路３９は、非接触送電装置２において認証ＯＫと判定されたと判断した場合（ＡＣＴ４３、ＹＥＳ）、非接触送電装置２から負荷接続指示を受け取ったか否か判断する（ＡＣＴ４４）。非接触送電装置２から負荷接続指示を受け取ったと判断した場合（ＡＣＴ４４、ＹＥＳ）、負荷回路３７を第３の電圧変換回路３４に接続するように第２の切替回路３６を制御する（ＡＣＴ４５）。これにより、第２の制御回路３９は、負荷回路３７への充電処理を開始する。

なお、第２の制御回路３９は、非接触送電装置２から供給される電力が増加してからの経過時間に応じて、負荷回路３７を第３の電圧変換回路３４に接続する構成であってもよい。例えば、第２の制御回路３９は、非接触送電装置２から供給される電力が増加してからの経過時間が予め設定された時間に達した場合、負荷回路３７を第３の電圧変換回路３４に接続する。また、第２の制御回路３９は、非接触送電装置２から供給される電力が増加してからの経過時間が予め設定された時間に達する前に、非接触送電装置２から供給される電力が低下した場合、ＡＣＴ４１の処理に移行してもよい。また、第２の制御回路３９は、ＡＣＴ４１で非接触受電装置３が起動し、第２の制御回路３９が動作を開始してから一定の時間が経過した後に、負荷回路３７を第３の電圧変換回路３４に接続する構成であってもよい。

第２の制御回路３９は、充電処理を行っている間、充電が完了したか否か判断する（ＡＣＴ４６）。負荷回路３７である二次電池と充電回路は、満充電状態になったことを示す情報を第２の制御回路３９に供給する。第２の制御回路３９は、満充電状態になったことを示す情報を受け取った場合、充電が完了したと判断する。もしくは、第２の制御回路３９で二次電池への充電電流や充電電圧を検出し、満充電状態を検知するようにしてもよい。

第２の制御回路３９は、充電が完了したと判断した場合（ＡＣＴ４６、ＹＥＳ）、負荷回路３７を第３の電圧変換回路３４から開放し（ＡＣＴ４７）、処理を終了する。これにより、第２の制御回路３９は、負荷回路３７への充電処理を終了する。

図６は、実際に非接触電力伝送装置１を用いて、送電回路１４の駆動電圧、異物の種類、送電台４上における非接触受電装置３の設置位置を変えた時の、送電回路１４への送電電流の測定結果と、異物検出の可否とを示す図である。なお、非接触電力伝送装置１は、６．７８ＭＨｚの周波数の交流電力を送電回路１４により生成することにより、送電コイル１５から受電コイル３１に電力を伝送する構成を用いた。６．７８ＭＨｚを使用する場合、２倍の高調波が１３．５６ＭＨｚとなる。このため、１３．５６ＭＨｚに対応するＩＣカードに影響を与えることが知られている。そこで異物として、１３．５６ＭＨｚに対応した２種類の非接触ＩＣカード（ＩＣカードＡ、ＩＣカードＢ）を用いた。

まず、異物がない場合、第２の電圧である５Ｖ駆動時の送電電流が、２３ｍＡ（受電装置なし時）、２６ｍＡ（受電装置あり時）となった。第１の電圧である１９Ｖ駆動時の送電電流が、１１７ｍＡ（受電装置なし時）、１１０ｍＡ（受電装置あり時）となった。なお、非接触受電装置３の負荷回路３７を第３の電圧変換回路３４から開放した状態で上記の測定を行った。非接触送電装置２は、これらの送電電流を基準として異物検出処理を行う。

さらに、ＩＣカードＡ及びＩＣカードＢを、非接触送電装置２の送電台４の中央に置いた場合、送電台４の中央から１０ｍｍ程度位置をずらした”位置ずれ小”の場合、送電台４の中央から２０ｍｍ程度位置をずらした”位置ずれ大”の場合について、それぞれ測定した結果を条件Ｎｏ，１乃至６の送電電流（ｍＡ）の列にそれぞれ示す。

異物であるＩＣカードＡ及びＩＣカードＢが送電台４と非接触受電装置３との間に挟まれた状態で置かれる場合、大抵は、送電電流が基準値よりも増加する。異物の有無に関する送電電流の増加量は、５Ｖ駆動時よりも１９Ｖ駆動時の方が大きいことが測定結果より確認できる。また、５Ｖ駆動時においては、条件Ｎｏ．４や５のように、ＩＣカードの種類や置き方によって、基準値からあまり増加しない場合があることが測定結果より確認できる。

上記の送電電流の基準に基づき、５Ｖ駆動時の異物検出処理に用いる閾値を３５ｍＡとし、１９Ｖ駆動時の異物検出処理に用いる閾値を１３０ｍＡとした場合の異物検出処理の結果を異物検出可否判断の例にそれぞれ示す。異物検出可否判断における「○」は、異物を検出できたことを示す。また、異物検出可否判断における「×」は、送電電流の測定値が閾値を上回らず、異物を検出することが出来なかったことを示す。

異物検出可否判断に示すように、５Ｖ駆動時は、異物の影響による送電電流の増加量が少ない為、異物が検出できないケースが存在する。しかしながら、１９Ｖ駆動時は、負荷回路３７が接続されていない状態であっても、異物の影響による送電電流の増加量が大きい為、５Ｖ駆動時に異物が検出できない条件において、異物を検出できるようになっていることが確認できる。

上記したように、非接触電力伝送装置１は、非接触送電装置２と、非接触送電装置２から供給された電力を受け取る非接触受電装置３とを備える。
非接触送電装置２は、送電コイル１５と、第１の電圧と第１の電圧よりも低い第２の電圧とのいずれかの電力を用いて送電コイル１５により電力を送電する送電回路１４とを備える。
非接触受電装置３は、送電コイル１５と電磁結合する受電コイル３１と、受電コイル３１により受け取った電力が供給される負荷回路３７とを備える。

非接触送電装置２は、送電回路１４を第２の電圧で駆動し、非接触受電装置３との間における認証処理と、異物の有無を検出する第１の異物検出処理とを行う。非接触送電装置２は、認証処理が成功し、第１の異物検出処理により異物が検出されなかった場合、送電回路１４を第１の電圧で駆動することにより、負荷回路３７が受電コイル３１に接続されていない状態の非接触受電装置３に対して電力を供給するとともに、異物の有無を検出する第２の異物検出処理を行う。

このような構成によると、非接触送電装置２は、非接触受電装置３において負荷回路３７が受電コイル３１に接続されていない状態で、第２の電圧よりも大きい第１の電圧で送電回路を駆動することにより、送電コイル１５から出力する電力を増加させる。さらに、非接触送電装置２は、送電コイル１５からの電力を増加させた上で、第２の異物検出処理を行う。即ち、非接触送電装置２は、第１の異物検出処理を実行する時よりも送電コイル１５から出力される電力が大きい状態で第２の異物検出処理を実行することができる。この結果、非接触送電装置２は、第１の異物検出処理よりも高い精度で異物を検出する第２の異物検出処理を実行することができる。

また、非接触受電装置３において負荷回路３７が受電コイル３１に接続された場合、送電コイル１５に電磁結合する負荷が増える為、送電コイル１５から出力する電力がさらに増加する。この為、異物が存在する場合に、送電コイル１５から出力する電力によって異物が発熱する可能性がある。しかしながら、非接触送電装置２は、非接触受電装置３において負荷回路３７が受電コイル３１に接続される前に、待機状態に相当する第２の電圧よりも高い第１の電圧で送電回路１４を駆動することによって異物検出処理を行うことにより、異物の発熱を抑え、且つ高い精度で異物を検出することができる。この結果、安全且つ精度が高い異物検出を行うことができる非接触電力伝送装置及び非接触送電装置を提供することができる。

なお、上記の実施形態では、非接触受電装置３は、第２の制御回路３９が第２の切替回路３６を制御することにより、負荷回路３７が第３の電圧変換回路３４と接続された状態と、負荷回路３７が第３の電圧変換回路３４から開放された状態とで切り替える構成であると説明したが、この構成に限定されない。非接触受電装置３は、第３の電圧変換回路３４が第２の制御回路３９の制御に従って、出力をオンオフできる構成であれば、図７に示されるように第２の切替回路３６を省略した構成であってもよい。

また、非接触受電装置３は、二次電池を充電する充電回路が二次電池への充電電流を０もしくは微小に設定する状態と、充電回路が二次電池への充電電流を通常の値に設定する状態と、を切り替える構成であれば、図７に示されるように第２の切替回路３６を省略した構成であってもよい。

なお、上述の各実施の形態で説明した機能は、ハードウエアを用いて構成するに留まらず、ソフトウエアを用いて各機能を記載したプログラムをコンピュータに読み込ませて実現することもできる。また、各機能は、適宜ソフトウエア、ハードウエアのいずれかを選択して構成するものであっても良い。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載した内容を付記する。
［１］
非接触受電装置と、前記非接触受電装置に電力を送電する非接触送電装置と、を具備する非接触電力伝送装置であって、
前記非接触送電装置は、
送電コイルと、
前記送電コイルにより電力を送電する送電回路と、
第１の電圧と前記第１の電圧よりも低い第２の電圧とのいずれか電力を用いて前記送電回路を駆動する第１の制御回路と、
を具備し、
前記非接触受電装置は、
前記送電コイルと電磁結合する受電コイルと、
前記受電コイルに接続された場合に前記受電コイルが受け取った電力が供給される負荷回路と、
を具備し、
前記第１の制御回路は、前記第２の電圧の電力を用いて前記送電回路を駆動し、前記非接触受電装置との間で認証処理を行い、前記認証処理が成功した場合、前記第１の電圧の電力を用いて前記送電回路を駆動し、前記非接触受電装置において前記送電コイルと前記負荷回路とが接続される前に、異物を検出する異物検出処理を行う、
非接触電力伝送装置。
［２］
前記第１の制御回路は、前記異物検出処理において異物が検出された場合、前記送電回路に駆動する電圧を前記第１の電圧から前記第２の電圧に引き下げる、または前記送電回路の動作を停止させる［１］に記載の非接触電力伝送装置。
［３］
前記第１の制御回路は、前記異物検出処理において異物が検出されなかった場合、前記非接触受電装置に負荷接続指示を送信し、
前記非接触受電装置は、
前記非接触送電装置から前記負荷接続指示を受信した場合、前記負荷回路と前記受電コイルとを接続する第２の制御回路をさらに具備する［１］または［２］に記載の非接触電力伝送装置。
［４］
前記非接触受電装置は、
前記非接触送電装置から供給される電力が予め設定された所定時間の間引き下げられなかった場合、前記負荷回路と前記受電コイルとを接続する第２の制御回路をさらに具備する［１］または［２］に記載の非接触電力伝送装置。
［５］
受電コイルと、前記受電コイルに接続された場合に前記受電コイルが受け取った電力が供給される負荷回路と、を具備する非接触受電装置に電力を送電する非接触送電装置であって、
前記受電コイルと電磁結合する送電コイルと、
前記送電コイルにより電力を送電する送電回路と、
第１の電圧と前記第１の電圧よりも低い第２の電圧とのいずれか電力を用いて前記送電回路を駆動する制御回路と、を具備し、
前記制御回路は、
前記第２の電圧の電力を用いて前記送電回路を駆動し、前記非接触受電装置との間で認証処理を行い、前記認証処理が成功した場合、前記第１の電圧の電力を用いて前記送電回路を駆動し、前記非接触受電装置において前記送電コイルと前記負荷回路とが接続される前に、異物を検出する異物検出処理を行う、
非接触送電装置。

１…非接触電力伝送装置、２…非接触送電装置、３…非接触受電装置、４…送電台、５…表示部、１１…電圧変換回路、１２…電圧変換回路、１３…切替回路、１４…送電回路、１５…送電コイル、１６…コンデンサ、１７…電流センサ、１８…電流検出回路、１９…通信回路、２０…制御回路、３１…受電コイル、３２…コンデンサ、３３…整流回路、３４…電圧変換回路、３５…電圧変換回路、３６…切替回路、３７…負荷回路、３８…通信回路、３９…制御回路。

Claims (5)

1. 非接触受電装置と、前記非接触受電装置に電力を送電する非接触送電装置と、を具備する非接触電力伝送装置であって、
   前記非接触送電装置は、
   送電コイルと、
   前記送電コイルにより電力を送電する送電回路と、
   前記非接触受電装置における充電処理を行うための充電電圧である第１の電圧と前記第１の電圧よりも低い第２の電圧とのいずれか電力を用いて前記送電回路を駆動する第１の制御回路と、
   を具備し、
   前記非接触受電装置は、
   前記送電コイルと電磁結合する受電コイルと、
   前記受電コイルに接続された場合に前記受電コイルが受け取った電力が供給される負荷回路と、
   を具備し、
   前記第１の制御回路は、前記第２の電圧の電力を用いて前記送電回路を駆動し、前記非接触受電装置との間で認証処理を行い、前記認証処理が成功した場合、前記第２の電圧の電力を用いて異物を検出する第１の異物検出処理を行い、前記第１の異物検出処理で異物が検出されなかった場合、前記第１の電圧の電力を用いて前記送電回路を駆動し、前記非接触受電装置において前記送電コイルと前記負荷回路とが接続される前に、異物を検出する第２の異物検出処理を行う、
   非接触電力伝送装置。
2. 前記第１の制御回路は、前記第２の異物検出処理において異物が検出された場合、前記送電回路に駆動する電圧を前記第１の電圧から前記第２の電圧に引き下げる、または前記送電回路の動作を停止させる請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
3. 前記第１の制御回路は、前記第２の異物検出処理において異物が検出されなかった場合、前記非接触受電装置に負荷接続指示を送信し、
   前記非接触受電装置は、
   前記非接触送電装置から前記負荷接続指示を受信した場合、前記負荷回路と前記受電コイルとを接続する第２の制御回路をさらに具備する請求項１または２に記載の非接触電力伝送装置。
4. 前記非接触受電装置は、
   前記非接触送電装置から供給される電力が予め設定された所定時間の間引き下げられなかった場合、前記負荷回路と前記受電コイルとを接続する第２の制御回路をさらに具備する請求項１または２に記載の非接触電力伝送装置。
5. 受電コイルと、前記受電コイルに接続された場合に前記受電コイルが受け取った電力が供給される負荷回路と、を具備する非接触受電装置に電力を送電する非接触送電装置であって、
   前記受電コイルと電磁結合する送電コイルと、
   前記送電コイルにより電力を送電する送電回路と、
   前記非接触受電装置における充電処理を行うための充電電圧である第１の電圧と前記第１の電圧よりも低い第２の電圧とのいずれか電力を用いて前記送電回路を駆動する制御回路と、を具備し、
   前記制御回路は、
   前記第２の電圧の電力を用いて前記送電回路を駆動し、前記非接触受電装置との間で認証処理を行い、前記認証処理が成功した場合、前記第２の電圧の電力を用いて異物を検出する第１の異物検出処理を行い、前記第１の異物検出処理で異物が検出されなかった場合、前記第１の電圧の電力を用いて前記送電回路を駆動し、前記非接触受電装置において前記送電コイルと前記負荷回路とが接続される前に、異物を検出する第２の異物検出処理を行う、
   非接触送電装置。

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