JP2013027076A - 非接触給電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非接触給電装置において、受電装置への給電及び存在検知を同時に行った場合における給電効率の低下を抑制することにある。
【解決手段】存在検知時にはＦＥＴ２Ｈは常にオフ状態とされるとともに、ＦＥＴ２Ｌは常にオン状態とされる。そして、ＦＥＴ１Ｈ，１Ｌがオンオフ状態間で交互に切り替えられる。このハーフブリッジ動作時においては消費電力がフルブリッジ動作時に比べて小さくなる。これに伴い、ハーフブリッジ動作時に、給電用コイルＬ１が発する磁気エネルギーもフルブリッジ動作時に比べて小さくなる。従って、互いに近接して位置する給電用コイルＬ１がそれぞれ給電及び存在検知を行っていた場合であっても、存在検知に伴う給電用コイルＬ１からの磁気エネルギーが、給電に伴う給電用コイルＬ１からの磁気エネルギーと干渉することが抑制される。
【選択図】図３

Description

この発明は、非接触で受電装置に給電する非接触給電装置に関する。

従来、給電装置から受電装置へ非接触にて給電を行う非接触給電システムが存在する（例えば、特許文献１参照）。
近年、さらなるユーザの利便性の向上を図るべく、給電装置の上面（給電面）における任意の位置に受電装置を設置するだけで、この受電装置への給電が可能となる、いわゆるフリーレイアウト型の非接触給電システムが検討されている。このシステムにおける給電装置の内部には、その給電面に沿って複数の１次コイルが配列される。給電装置は、受電装置が存在するエリアにおける１次コイルを励磁する。励磁された１次コイルからの磁束の変化によって受電装置の２次コイルに電力が誘起される（例えば、特許文献２参照）。

このシステムにおいては給電装置の給電面であれば、受電装置を特に決まった位置に設置する必要がなく、例えば受電装置を内蔵する携帯端末の充電への利用が期待されている。

また、この１次コイルを利用して、給電面に受電装置等の物体が存在しているか否かの存在検知が行われる。この存在検知は、１次コイルを間欠的に励磁して、そのとき１次コイルに流れる電流の変化に基づき行われる。例えば１次コイルの近傍に物体が存在する場合には、１次コイルが物体と磁気的に結合した状態となって１次コイルのインピーダンスが増大する。これにより、１次コイルに流れる電流が減少する。従って、給電装置は、励磁させた１次コイルの電流が閾値以下であるとき、その１次コイルの周辺に物体が存在している旨検知する。

特開２００３−２０４６３７号公報 特開２００８−５５７３号公報

上記給電装置は、受電装置への給電中においても、その給電に係る１次コイル以外の待機中の１次コイルを通じて一定周期毎に存在検知を行う。従って、隣り合う２つの１次コイルがそれぞれ給電及び存在検知を同時に行うこともある。この場合には、両１次コイルが形成する磁場が互いに干渉しあうおそれがある。これにより、２次コイルに及ぶ磁気的エネルギーが減少して、受電装置への給電効率が低下するおそれがあった。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、受電装置への給電及び存在検知を同時に行った場合における給電効率の低下を抑制することができる非接触給電装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の非接触給電システムは、受電装置が設置される給電面に沿って配置される複数の給電用コイルを備え、励磁される前記給電用コイルが発する磁束を介した電磁誘導によって前記受電装置に非接触で給電する非接触給電装置において、前記給電面に設置された物体の有無を励磁させた前記給電用コイルの電流又は電圧に基づき検知する存在検知部と、電源及びグランド間に並列接続される１対の接続線のそれぞれに電源側スイッチング素子及びグランド側スイッチング素子が直列接続され、前記各接続線における前記電源側スイッチング素子及び前記グランド側スイッチング素子間に前記給電用コイルの両端が接続されるとともに、前記各スイッチング素子をオンオフ制御する励磁駆動回路と、を備え、前記励磁駆動回路は、前記受電装置への給電時には、前記一方の接続線における前記電源側スイッチング素子及び前記他方の接続線における前記グランド側スイッチング素子からなる組み合わせと、前記他方の接続線における前記電源側スイッチング素子及び前記一方の接続線における前記グランド側スイッチング素子からなる組み合わせとを交互にオンオフ状態間で切り替えることで前記給電用コイルを励磁し、存在検知時には、前記一方の接続線における前記電源側スイッチング素子をオフ状態に固定するとともに、この接続線における前記グランド側スイッチング素子をオン状態に固定し、前記他方の接続線における前記電源側スイッチング素子と、この接続線における前記グランド側スイッチング素子とを交互にオンオフ状態間で切り替えることで前記給電用コイルを励磁する。

また、上記構成において、存在検知時に前記他方の接続線における前記グランド側スイッチング素子をオンオフ状態間で切り替える一周期において、このグランド側スイッチング素子のオン状態とされる時間をオフ状態とされる時間に比して長く設定することが好ましい。

また、上記構成において、前記励磁駆動回路は、存在検知及び給電の何れも行っていない待機状態においては、前記両電源側スイッチング素子をオフ状態とすることが好ましい。

また、上記構成において、前記励磁駆動回路は、前記待機状態においては、前記両グランド側スイッチング素子の何れか一方のみをオン状態とし、その他のスイッチング素子をオフ状態とすることが好ましい。

また、上記構成において、前記存在検知部は、前記給電用コイルの電流又は電圧に基づき前記給電面に設置された物体が金属であるか否かを検知することが好ましい。

本発明によれば、非接触給電装置において、受電装置への給電及び存在検知を同時に行った場合における給電効率の低下を抑制することができる。

非接触給電システムの構成図。 給電装置の斜視図。 励磁駆動回路及び信号抽出回路の構成図。 給電時（フルブリッジ動作時）において各ＦＥＴに出力される信号の波形図。 存在検知時（ハーフブリッジ動作時）において各ＦＥＴに出力される信号の波形図。 励磁駆動回路及び信号抽出回路の構成図。 待機時において各ＦＥＴに出力される信号の波形図。 共通制御回路の処理手順を示すフローチャート。

以下、本発明の非接触給電装置を非接触給電システムに具体化した一実施形態を図１〜図８を参照しつつ説明する。
図１に示すように、非接触給電システムは、給電装置１０と、受電装置３０とを備える。本例では、受電装置３０は、携帯端末４０に内蔵されている。以下、給電装置１０及び受電装置３０の具体的構成について説明する。

（給電装置）
図２に示すように、給電装置１０は、平板状の筐体５で覆われてなる。筐体５の上面には携帯端末４０が設置される給電面６が形成される。

給電装置１０の内部には、給電用コイルＬ１及び１次側異物検出用コイルＬ２を１組のコイル群として、給電面６の全域に亘って計２４組のコイル群が配置される。コイル群は、例えば、給電面６において４行×６列のマトリックス状に配置されている。

図１に示すように、給電装置１０は、単一の共通ユニット１１と、この共通ユニット１１にそれぞれ接続される複数（本例では２４個）の給電ユニット１５と、を備える。
共通ユニット１１は、電源回路１３と、共通制御回路１２と、不揮発性のメモリ１４と、を備える。

メモリ１４には、予め登録されている受電装置３０に固有のＩＤコードが記憶されている。
電源回路１３は、外部電源からの交流電力を適切な直流電圧に変換し、それを動作電力として各給電ユニット１５及び共通ユニット１１に供給する。

共通制御回路１２は、マイクロコンピュータで構成されるとともに、各給電ユニット１５への各種指令信号を通じて給電装置１０を統括制御する。
給電ユニット１５は、ユニット制御回路１９と、励磁駆動回路１６と、異物検出用回路２１と、信号抽出回路１７，２２と、メモリ２４とを備える。励磁駆動回路１６には給電用コイルＬ１が接続され、異物検出用回路２１には１次側異物検出用コイルＬ２が接続されている。

共通制御回路１２は、各ユニット制御回路１９に給電を要求する旨の指令信号を出力する。ユニット制御回路１９は、共通制御回路１２からの上記指令信号に基づき、フルブリッジ動作を要求する旨の指令信号を励磁駆動回路１６に出力する。

図３に示すように、励磁駆動回路１６は、４つのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１Ｈ，２Ｈ，１Ｌ，２Ｌと、各ＦＥＴのゲートを制御する１対のゲートドライバ１６ａ，１６ｂと、備える。

詳しくは、電源Ｖｄｄ及びグランド間には１対の接続線Ａ１，Ａ２が並列接続されている。両接続線Ａ１，Ａ２は図中の左右方向に対向して位置するとともに、左右方向に延びる接続線Ａ３を介して接続されている。以下、両接続線Ａ１，Ａ２において接続線Ａ３より上側をＨｉ側と呼び、接続線Ａ３より下側をＬｏ側と呼ぶ。接続線Ａ１におけるＨｉ側にはＦＥＴ１Ｈのソース端子及びドレイン端子が接続され、接続線Ａ１におけるＬｏ側にはＦＥＴ１Ｌのソース端子及びドレイン端子が接続されている。接続線Ａ２におけるＨｉ側にはＦＥＴ２Ｈのソース端子及びドレイン端子が接続され、接続線Ａ２におけるＬｏ側にはＦＥＴ２Ｌのソース端子及びドレイン端子が接続されている。接続線Ａ３には給電用コイルＬ１及びコンデンサＣが直列接続される。

第１のゲートドライバ１６ａは、１対のＦＥＴ１Ｈ，１Ｌのゲート端子に接続されている。また、第２のゲートドライバ１６ｂは、１対のＦＥＴ２Ｈ，２Ｌのゲート端子に接続されている。両ゲートドライバ１６ａ，１６ｂは、各ＦＥＴ１Ｈ，２Ｈ，１Ｌ，２Ｌのゲート端子にＨｉレベル又はＬｏレベルの信号を出力する。各ＦＥＴ１Ｈ，２Ｈ，１Ｌ，２Ｌは、Ｈｉレベルの信号を受けると、ソース端子及びドレイン端子が導通状態となるオン状態となる。また、各ＦＥＴ１Ｈ，２Ｈ，１Ｌ，２Ｌは、Ｌｏレベルの信号を受けると、ソース端子及びドレイン端子が非導通状態となるオフ状態となる。なお、何らの信号を受けていないときには各ＦＥＴはオフ状態である。

両ゲートドライバ１６ａ，１６ｂは、ユニット制御回路１９からのフルブリッジ動作を要求する旨の指令信号に基づきフルブリッジ動作を行う。フルブリッジ動作においては、両ゲートドライバ１６ａ，１６ｂは、ＦＥＴ１Ｈ，２Ｌの組み合わせと、ＦＥＴ１Ｌ，２Ｈの組み合わせとがそれぞれ同期するようにオンオフ状態を切り替える。図４に示すように、一の組のＦＥＴ１Ｈ，２ＬにＨｉレベルの信号が出力される期間においては、他の組のＦＥＴ１Ｌ，２ＨにＬｏレベルの信号が出力されている。一方、他の組のＦＥＴ１Ｌ，２ＨにＨｉレベルの信号が出力されている期間においては、一の組のＦＥＴ１Ｈ，２ＬにＬｏレベルの信号が出力される。フルブリッジ動作時において、全てのＦＥＴ１Ｈ，２Ｈ，１Ｌ，２ＬにＬｏレベルの信号が出力されるデッドタイムｔ１が設定されている。

図３に示すように、互いに対角線上に位置する一の組のＦＥＴ１Ｈ，２Ｌがオン状態とされるとき、他の組のＦＥＴ１Ｌ，２Ｈがオフ状態とされる。このとき、電源Ｖｄｄからの電流は、ＦＥＴ１Ｈ、給電用コイルＬ１、コンデンサＣ及びＦＥＴ２Ｌを介してグランドに流れる。そして、他の組のＦＥＴ１Ｌ，２Ｈがオン状態とされると同時に、一の組のＦＥＴ１Ｈ，２Ｌがオフ状態とされる。この状態においては、電源Ｖｄｄからの電流は、ＦＥＴ２Ｈ、コンデンサＣ、給電用コイルＬ１及びＦＥＴ１Ｌを介してグランドに流れる。このように、各組のＦＥＴの状態を切り替えることで給電用コイルＬ１に高周波電流が供給される。よって、給電用コイルＬ１は励磁されて、給電用コイルＬ１からの磁束が変化する。このフルブリッジ動作は、給電効率の点で後述するハーフブリッジ動作より高い。よって、給電においてはフルブリッジ動作が適している。

また、デッドタイムｔ１においては、全てのＦＥＴ１Ｈ，２Ｈ，１Ｌ，２Ｌがオフ状態となる。従って、一の組のＦＥＴ１Ｈ，２Ｌと、他の組のＦＥＴ１Ｌ，２Ｈとをオンオフ状態間で切り替えるときに、その切り替えタイミングがずれることで、例えば電源ＶｄｄからＦＥＴ１Ｈ，ＦＥＴ１Ｌを経てグランドに貫通電流が流れることが抑制される。

なお、ＦＥＴ１Ｈ，２Ｈは電源側スイッチング素子に相当し、ＦＥＴ１Ｌ，２Ｌはグランド側スイッチング素子に相当する。
図３に示すように、給電用コイルＬ１及びコンデンサＣ間には、信号抽出回路１７が設けられている。この信号抽出回路１７は、電流検知回路２７と、包絡線検波回路２５と、波形整形回路２６とを備える。

電流検知回路２７は、給電用コイルＬ１及びコンデンサＣ間に直列接続されている。電流検知回路２７は、給電用コイルＬ１及びコンデンサＣ間の電流を検知するとともに、その検知結果を包絡線検波回路２５に出力する。包絡線検波回路２５は、電流検知回路２７からの信号の波形を包絡線検波し、その検波信号を波形整形回路２６に出力する。波形整形回路２６は、フィルタ及び増幅器等で構成されるとともに、検波信号におけるノイズを除去、及び信号を増幅することで信号の波形を整形し、その整形された信号をユニット制御回路１９に出力する。

次に、給電面６に物体が存在するか否かを検知する存在検知について説明する。
共通制御回路１２は、給電中でない給電ユニット１５に対して存在検知の実行を要求する旨の指令信号を順に送信する。ユニット制御回路１９は、この指令信号を受けると、ハーフブリッジ動作を要求する旨の指令信号を励磁駆動回路１６に出力する。励磁駆動回路１６（両ゲートドライバ１６ａ，１６ｂ）は、この指令信号を受けると、ハーフブリッジ動作を通じて給電用コイルＬ１に高周波電流を供給する。

詳しくは、図５に示すように、ハーフブリッジ動作時においては、第２のゲートドライバ１６ｂは、ＦＥＴ２Ｈに常にＬｏレベルの信号を出力するとともに、ＦＥＴ２Ｌに常にＨｉレベルの信号を出力する。また、第１のゲートドライバ１６ａは、ＦＥＴ１ＨにＨｉレベルの信号を出力している期間においてはＦＥＴ１ＬにＬｏレベルの信号を出力し、ＦＥＴ１ＬにＨｉレベルの信号を出力している期間においてはＦＥＴ１ＨにＬｏレベルの信号を出力する。第１のゲートドライバ１６ａは、ハーフブリッジ動作時においても、上記フルブリッジ動作時と同一の周期Ｔ１にてＨｉレベル及びＬｏレベルの信号を出力する。ただし、ハーフブリッジ動作時においては、ＦＥＴ１Ｌに出力される信号のデューティ比は５０％を超える値に設定される。従って、ＦＥＴ１Ｌがオン状態となる時間は、ＦＥＴ１Ｈがオン状態となる時間に比較して長くなる。ハーフブリッジ動作時においても、全てのＦＥＴ１Ｈ，２Ｈ，１Ｌ，２ＬにＬｏレベルの信号が出力されるデッドタイムｔ１が設定されている。

図６に示すように、存在検知時にはＦＥＴ２Ｈは常にオフ状態とされるとともに、ＦＥＴ２Ｌは常にオン状態とされる。そして、ＦＥＴ１Ｈ，１Ｌが交互にオンオフ状態間で切り替えられる。ＦＥＴ１Ｈがオン状態とされ、ＦＥＴ１Ｌがオフ状態とされているときには、電源Ｖｄｄからの電流は、ＦＥＴ１Ｈ、給電用コイルＬ１、コンデンサＣ及びＦＥＴ２Ｌを介してグランドに流れる。その後、ＦＥＴ１Ｈがオフ状態に切り替えられると同時に、ＦＥＴ１Ｌがオン状態に切り替えられたとき、給電用コイルＬ１には逆起電力が発生する。これに伴う電流は、コンデンサＣ、給電用コイルＬ１及びＦＥＴ１Ｌを介してグランドに流れる。このように、一対のＦＥＴ１Ｈ，１Ｌをオンオフ状態間で切り替えることで給電用コイルＬ１に高周波電流が供給される。このハーフブリッジ動作時には、電源Ｖｄｄからの電力が給電用コイルＬ１に供給される時間はＦＥＴ１Ｈがオン状態となっている期間に限られる。このため、ハーフブリッジ動作時においては、ＦＥＴ１Ｌに出力される信号（Ｈｉレベル）のデューティ比を増やすことで、電源Ｖｄｄから給電用コイルＬ１に電力が供給される時間を短くすることができる。従って、ハーフブリッジ動作における消費電力を上記フルブリッジ動作に比べて低減することができる。

また、ハーフブリッジ動作時に、給電用コイルＬ１が発生させる磁気エネルギーも上記フルブリッジ動作時に比べて小さくなる。従って、互いに近接して位置する２つの給電用コイルＬ１がそれぞれ給電及び存在検知を行っていた場合であっても、存在検知に伴う給電用コイルＬ１からの磁気エネルギーが、給電に伴う給電用コイルＬ１からの磁気エネルギーと干渉することが抑制される。これにより、給電に伴う給電用コイルＬ１から受電装置３０への給電効率が存在検知によって低下することが抑制される。

また、デッドタイムｔ１においては、２つのＦＥＴ１Ｈ，１Ｌがオフ状態となる。従って、一対のＦＥＴ１Ｈ，１Ｌをオンオフ状態間で切り替えるときに、その切り替えタイミングがずれることで、例えば電源ＶｄｄからＦＥＴ１Ｈ，ＦＥＴ１Ｌを経てグランドに貫通電流が流れることが抑制される。

ユニット制御回路１９は、ハーフブリッジ動作を通じて給電用コイルＬ１に高周波電流を供給し、そのときの信号抽出回路１７の検出結果に基づき、給電用コイルＬ１の周辺に物体が存在するか否かの存在検知を行う。例えば、給電用コイルＬ１の近傍に物体が存在する場合には、給電用コイルＬ１が物体と磁気的に結合した状態となって給電用コイルＬ１のインピーダンスが増大する。これにより、給電用コイルＬ１に流れる電流が減少する。ユニット制御回路１９は、信号抽出回路１７からの電圧レベル（存在検知レベル）に基づき、給電用コイルＬ１の電流が閾値未満となった旨判断したとき、給電用コイルＬ１の周辺に物体が存在する旨判断する。また、ユニット制御回路１９は、信号抽出回路１７からの電圧レベルに基づき、給電用コイルＬ１の電流が閾値以上となった旨判断したとき、給電用コイルＬ１の周辺に物体が存在しない旨判断する。ユニット制御回路１９は、存在検知結果を共通制御回路１２に出力する。共通制御回路１２は、存在検知を通じて受電装置３０（正確にはその受電用コイルＬ３）が存在するエリアにおける給電用コイルＬ１のみを励磁する。

なお、ユニット制御回路１９、信号抽出回路１７及び給電用コイルＬ１は存在検知部に相当する。
また、ユニット制御回路１９は、給電時（フルブリッジ動作時）における信号抽出回路１７の検出結果に基づき、給電対象である受電装置３０が正規のものであるか否かの認証を行う。ここで、給電用コイルＬ１に供給される高周波信号は、受電装置３０による後述する負荷変調によって、所定の周期で振幅が２値間で変化する。この振幅は、受電装置３０による負荷変調によってＩＤ情報に応じて２値間で変化させられている。

ユニット制御回路１９は、信号抽出回路１７からの電圧レベルに基づきＩＤ情報を認識し、そのＩＤ情報と、予めメモリ２４に記憶されるＩＤ情報との照合を行う。ユニット制御回路１９は、ＩＤ照合の成否を共通制御回路１２に出力する。

共通制御回路１２は、ＩＤ照合が成立した旨判断したとき給電を継続する。一方、共通制御回路１２は、ＩＤ照合が成立しない旨判断したとき正規の受電装置３０でないとして給電を停止する。

次に、給電面６及び受電装置３０間に金属等の異物が存在するか否かを検知する異物検知について説明する。
図１に示すように、ユニット制御回路１９は、共通制御回路１２からの異物検知を要求する旨の指令信号に基づき異物検出用回路２１の動作を制御する。具体的には、異物検出用回路２１は、励磁駆動回路１６と同様に高周波電流を１次側異物検出用コイルＬ２に供給する。これにより、１次側異物検出用コイルＬ２が励磁される。なお、給電用コイルＬ１及び１次側異物検出用コイルＬ２は異なる周波数で励磁される。

１次側異物検出用コイルＬ２の高周波電流は、受電装置３０による後述する負荷変調によって、所定の周期で振幅が２値間で変化する。例えば、１次側異物検出用コイルＬ２及び受電装置３０（２次側異物検出用コイルＬ４）間に金属等の異物が存在する場合には、振幅が２値間で変化する周期が長くなる。信号抽出回路２２は、上記信号抽出回路１７と同様に構成される。従って、信号抽出回路２２は、２値間で変化する振幅に応じてＨｉレベル又はＬｏレベルからなる検波信号を生成する。ユニット制御回路１９は、上記信号抽出回路２２からの検波信号の周期に基づき異物の有無を判断する。ユニット制御回路１９は、異物の有無に関する判断結果を共通制御回路１２に出力する。共通制御回路１２は、異物が存在する旨判断したときには給電を実行せず、異物が存在しない旨判断したときには給電を実行する。

ユニット制御回路１９は、給電及び存在検知の何れも行っていない待機時には、励磁駆動回路１６を待機状態とする。詳しくは、図７に示すように、各ゲートドライバ１６ａ，１６ｂは、ＦＥＴ２ＬにのみＨｉレベルの信号を出力し、その他のＦＥＴ１Ｈ，２Ｈ，１ＬにＬｏレベルの信号を出力する。これにより、ＦＥＴ２Ｌのみがオン状態となって、その他のＦＥＴ１Ｈ，２Ｈ，１Ｌがオフ状態となる。これが待機状態である。待機状態においては、給電用コイルＬ１は電源Ｖｄｄと電気的に遮断されている。このため、例えば電源Ｖｄｄ側にインピーダンスの低い回路が存在する場合に、特定の給電用コイルＬ１の周辺に位置する給電用コイルＬ１からの磁気エネルギーに基づき、特定の給電用コイルＬ１に誘起された電流が上記回路方向に流れ込むことが抑制される。さらに、ＦＥＴ１Ｌがオフ状態とされることで、ＦＥＴ２Ｌ、給電用コイルＬ１及びＦＥＴ１Ｌを通じて回生電流が発生することが抑制される。このように、待機状態においてはＦＥＴ２Ｌのみをオン状態とすることで周辺に位置する給電用コイルＬ１との磁気結合を抑制することができる。また、この周辺に位置する給電用コイルＬ１が給電を行っている場合には、磁気結合が抑制されることで、その給電用コイルＬ１における給電効率の低下を抑制することができる。また、この周辺に位置する給電用コイルＬ１が存在検知を行っている場合には存在検知の精度が低下することが抑制される。

（受電装置）
図１に示すように、受電装置３０は、整流回路３１と、受電用コイルＬ３と、２次側制御回路３３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３５とを備える。

受電用コイルＬ３には、給電用コイルＬ１からの磁束の変化によって交流電力が誘起される。整流回路３１は、受電用コイルＬ３に誘起される交流電力を整流する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３５は、整流回路３１からの直流電圧を携帯端末４０の動作に適切な値に変換する。この直流電圧は、例えば携帯端末４０の動作電源である２次電池（図示略）の充電に利用される。

２次側制御回路３３は、マイクロコンピュータで構成されるとともに、整流回路３１からの電力の一部を受けて動作する。
また、受電装置３０は、異物検知のための負荷変調を行う構成として、２次側異物検出用コイルＬ４と、整流回路３６と、マルチバイブレータ３７と、負荷３８と、トランジスタ３９とを備える。

２次側異物検出用コイルＬ４は、整流回路３６に接続されている。また、整流回路３６の後段には、マルチバイブレータ３７が接続されている。そして、２次側異物検出用コイルＬ４とグランドとの間には負荷３８が接続されている。トランジスタ３９は、負荷３８及びグランド間に設けられている。詳しくは、トランジスタ３９のエミッタ端子及びコレクタ端子は、それぞれ負荷３８及びグランドに接続されている。トランジスタ３９のベース端子にはマルチバイブレータ３７が接続されている。

２次側異物検出用コイルＬ４は、１次側異物検出用コイルＬ２からの高周波信号を、電磁誘導を利用して受信すると、それを整流回路３６に出力する。整流回路３６は、高周波信号を整流し、その整流した信号をマルチバイブレータ３７に出力する。マルチバイブレータ３７は、高周波信号に基づき、Ｈｉレベル及びＬｏレベルの繰り返しからなるパルス波を生成し、それをトランジスタ３９のベース端子に出力する。トランジスタ３９は、パルス波におけるＨｉレベル及びＬｏレベルに基づきオンオフ状態が切り替わる。トランジスタ３９がオン状態にあるとき、２次側異物検出用コイルＬ４の電流の一部がグランドに流れる。従って、２次側異物検出用コイルＬ４における高周波信号は、トランジスタ３９のオンオフ状態に応じて振幅が一定周期毎に２値間で変化する。これに伴って、１次側異物検出用コイルＬ２における高周波信号の振幅も一定周期毎に２値間で変化する（負荷変調）。

１次側異物検出用コイルＬ２及び２次側異物検出用コイルＬ４間に異物が存在する場合には、両異物検出用コイルＬ２，Ｌ４間で送受信される高周波信号の振幅が小さくなる。これにより、マルチバイブレータ３７が生成するパルス波におけるＨｉレベル及びＬｏレベルの繰り返しの周期、ひいてはトランジスタ３９におけるオンオフ状態間で切り替わる周期が長くなる。これにより、両異物検出用コイルＬ２，Ｌ４間で送受信される高周波信号における振幅が２値間で変化する周期が長くなる。従って、上述のように、給電装置１０において異物検知が可能となる。

また、受電装置３０は、認証のための負荷変調を行う構成として、負荷変調回路４２と、認証用信号生成回路４１と、を備える。この認証用信号生成回路４１は、２次側制御回路３３に設けられる。

認証用信号生成回路４１は、Ｈｉレベル及びＬｏレベルの組み合わせからなるパルス波を生成する。このＨｉレベル及びＬｏレベルの組み合わせが、受電装置３０に固有のＩＤ情報である。

負荷変調回路４２は、負荷及びトランジスタ等で構成されるとともに、認証用信号生成回路４１からのパルス波のＨｉレベル及びＬｏレベルに応じて受電用コイルＬ３及び給電用コイルＬ１における高周波信号の振幅を変化させる（負荷変調）。これにより、上述のように、給電装置１０においてＩＤ照合が可能となる。

次に、共通制御回路１２の処理手順について図８のフローチャートを参照しつつ説明する。当該フローチャートは、一定周期が経過する毎に実行される。なお、当該フローチャートの開始時には、給電面６に何も設置されておらず、励磁駆動回路１６が待機状態とされているとする。

まず、共通制御回路１２は、各給電ユニット１５の励磁駆動回路１６を順にハーフブリッジ動作させて存在検知を行う（Ｓ１０１）。共通制御回路１２は、物体の存在を検知しない旨判断したとき（Ｓ１０２でＮＯ）、励磁駆動回路１６を待機状態に戻した（Ｓ１０３）後に処理を終了する。共通制御回路１２は、物体の存在を検知した旨判断したとき（Ｓ１０２でＹＥＳ）、金属等の異物の検知を行う（Ｓ１０４）。共通制御回路１２は異物の存在を検知した旨判断したとき（Ｓ１０５でＹＥＳ）、励磁駆動回路１６を待機状態に戻した（Ｓ１０３）後に処理を終了する。これにより、異物が励磁されることを抑制できる。

また、共通制御回路１２は異物の存在を検知しない旨判断したとき（Ｓ１０５でＮＯ）、励磁駆動回路１６をフルブリッジ動作させて給電を行う（Ｓ１０６）。そして、共通制御回路１２は、ＩＤ照合が成立するか否かを判断する（Ｓ１０７）。共通制御回路１２は、ＩＤ照合が成立しない旨判断したとき（Ｓ１０７でＮＯ）、励磁駆動回路１６を通じて給電を停止して（Ｓ１０８）、励磁駆動回路１６を待機状態に戻した（Ｓ１０３）後に処理を終了する。これにより、正規の受電装置３０以外に対して給電されることが防止される。

共通制御回路１２は、ＩＤ照合が成立した旨判断したとき（Ｓ１０７でＹＥＳ）、給電を継続する（Ｓ１０９）。そして、共通制御回路１２は、給電中において一定時間が経過した後に、再びＩＤ照合が成立するか否かを判断する（Ｓ１０７）。すなわち、給電中においても定期的にＩＤ照合が実行される。

以上、説明した実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）存在検知時にはＦＥＴ２Ｈは常にオフ状態とされるとともに、ＦＥＴ２Ｌは常にオン状態とされる。そして、ＦＥＴ１Ｈ，１Ｌがオンオフ状態間で交互に切り替えられる（ハーフブリッジ動作）。このハーフブリッジ動作時には、電源Ｖｄｄから給電用コイルＬ１への電力の供給時間は、ＦＥＴ１Ｈがオン状態となっている期間に限られる。このため、ハーフブリッジ動作時における消費電力は上記フルブリッジ動作時に比べて小さくなる。これに伴い、ハーフブリッジ動作時に、給電用コイルＬ１が発する磁気エネルギーもフルブリッジ動作時に比べて小さくなる。従って、互いに近接して位置する給電用コイルＬ１がそれぞれ給電及び存在検知を同時に行っていた場合であっても、存在検知に伴う給電用コイルＬ１からの磁気エネルギーが、給電に伴う給電用コイルＬ１からの磁気エネルギーと干渉することが抑制される。これにより、存在検知が行われることによって、近接して位置する給電用コイルＬ１における給電効率が低下することが抑制される。

（２）給電及び存在検知の何れも行っていない待機状態においては、ＦＥＴ２Ｌのみがオン状態とされ、その他のＦＥＴ１Ｈ，２Ｈ，１Ｌがオフ状態とされる。この状態においては、給電用コイルＬ１は電源Ｖｄｄと電気的に遮断されている。このため、例えば電源Ｖｄｄ側にインピーダンスの低い回路が存在する場合に、特定の給電用コイルＬ１の周辺に位置する給電用コイルＬ１からの磁気エネルギーに基づき、特定の給電用コイルＬ１に誘起された電流が上記回路方向に流れ込むことが抑制される。さらに、ＦＥＴ１Ｌがオフ状態とされることで、ＦＥＴ２Ｌ、給電用コイルＬ１及びＦＥＴ１Ｌを通じて回生電流が発生することが抑制される。このように、待機状態においてはＦＥＴ２Ｌのみがオン状態とされることで周辺に位置する給電用コイルＬ１との磁気結合を抑制することができる。この周辺に位置する給電用コイルＬ１が給電を行っている場合には、その給電用コイルＬ１における給電効率の低下を抑制することができる。また、この周辺に位置する給電用コイルＬ１が存在検知を行っている場合には存在検知の精度が低下することが抑制される。

（３）存在検知時においては、ＦＥＴ１Ｌにおけるオン状態とされる時間がオフ状態とされる時間に比して長く設定され、ＦＥＴ１Ｈにおけるオフ状態とされる時間がオン状態とされる時間に比して長く設定される。ハーフブリッジ動作時には、電源Ｖｄｄからの電力が給電用コイルＬ１に供給される時間はＦＥＴ１Ｌがオフ状態であってＦＥＴ１Ｈがオン状態となっている期間に限られる。この期間を調節することを通じて、ハーフブリッジ動作時における消費電力を調節することができる。

（４）存在検知に伴う給電用コイルＬ１からの磁気エネルギーを低減することができる。従って、存在検知の対象となる物体が誘起電流により温度上昇することが抑制される。
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。

・上記実施形態においては待機状態においてはＦＥＴ２Ｌのみがオン状態とされていたが、ＦＥＴ１Ｌのみをオン状態としても同様の効果が得られる。
さらに、待機状態においてグランド側の両ＦＥＴ１Ｌ，２Ｌをオン状態とし、電源Ｖｄｄ側の両ＦＥＴ１Ｈ，２Ｈをオフ状態としてもよい。この場合であっても、電源Ｖｄｄ側に誘起電流が流れ込むことが抑制される。

・上記実施形態においては、負荷変調を利用してＩＤ照合が行われていたが、認証用の回路を給電装置１０及び受電装置３０にそれぞれ設け、無線信号の送受信を通じてＩＤ照合を行ってもよい。また、ＩＤ照合を省略してもよい。この場合、認証用信号生成回路４１及び負荷変調回路４２を省略できる。

・上記実施形態における異物検知に関する構成（異物検出用回路２１、両異物検出用コイルＬ２，Ｌ４、整流回路３６及びマルチバイブレータ３７等）を省略してもよい。
・上記実施形態においては、受電装置３０は携帯端末４０に設けられていたが、その他の電気機器に設けられていてもよい。例えば、受電装置３０が、電気機器の本体に対して独立した構成であってもよい。

・上記実施形態におけるユニット制御回路１９を省略してもよい。この場合には、共通制御回路１２は、上記実施形態においてユニット制御回路１９が実行していた制御も行う。また、ユニット制御回路１９が行っていた制御の一部を共通制御回路１２が行ったり、共通制御回路１２が行っていた制御の一部をユニット制御回路１９が行ったりしてもよい。

・上記実施形態においては、励磁駆動回路１６においては、スイッチング素子としてＦＥＴが採用されていたが、その他のスイッチング素子を利用してもよい。
・上記実施形態においては、ハーフブリッジ動作時における、ＦＥＴ１Ｌに出力される信号（Ｈｉレベル）のデューティ比は５０％を超える値に設定されていた。しかし、このデューティ比は５０％未満に設定されていてもよい。この場合であっても、ＦＥＴ１Ｈがオフ状態となっている期間においては、電源Ｖｄｄから給電用コイルＬ１へ電力が供給されない。従って、上記実施形態と同様にハーフブリッジ動作時における消費電力がフルブリッジ動作と比較して低減されるとともに給電効率の低下が抑制される。

・上記実施形態においては、給電用コイルＬ１及びコンデンサＣは直列接続されていたが、給電用コイルＬ１及びコンデンサＣは並列接続されていてもよい。また、コンデンサＣを省略してもよい。

・上記実施形態において、存在検知時に金属の検知が同時に行われてもよい。上述のように存在検知時には、給電面６に置かれた物体の存在によるインピーダンスの変化に伴う給電用コイルＬ１の電流の変化が検出される。例えば、受電用コイルＬ３を有する受電装置３０が給電面６に設置された場合、給電用コイルＬ１から見た２次側の負荷が大きくなるため、給電用コイルＬ１に流れる電流値、ひいては信号抽出回路１７からの電圧レベル（存在検知レベル）が小さくなる。また、金属が給電面６に設置されると、給電用コイルＬ１から見た２次側の負荷が小さくなるため、上記受電装置３０が設置された場合に比べて給電用コイルＬ１に流れる電流値、ひいては存在検知レベルが高くなる。金属検知では金属の種類やサイズ等によって負荷特性が異なるため、存在検知レベルは給電用コイルＬ１に対応する給電面６に何も設置されていない状態と異なる値となる。存在検知レベルには、給電面６に設置される物体の有無及び種類に応じて、例えば以下のような大小関係が存在する。

「受電装置３０あり＜受電装置３０なし（負荷なし）＜金属あり」
この大小関係を加味して複数の閾値を設定する。これにより、ユニット制御回路１９は、存在検知レベルと各閾値との比較を通じて、存在検知時に金属の検知を行うことができる。このように、１次側異物検出用コイルＬ２及び２次側異物検出用コイルＬ４などの異物検出回路を用いずに金属の検知が可能であるため、上記実施形態における金属等の異物検知のための構成、すなわち異物検出用回路２１、信号抽出回路２２、コイルＬ２，Ｌ４、整流回路３６、マルチバイブレータ３７等を省略できる。これにより、非接触給電システムをより簡易に構成することができる。

なお、金属の種類としては、銅、アルミ、鉄及びステンレスなどが考えられる。金属の種類が異なると、給電用コイルＬ１との結合度等の違いにより存在検知レベルが変化する。このため、金属検知の閾値は金属の種類に応じて決定する必要がある。

また、負荷の異なる２次機器（例えば携帯端末４０）が複数存在する場合には、存在検知レベルに基づき何れの２次機器であるかの検出も可能である。

６…給電面、１０…給電装置、１１…共通ユニット、１２…共通制御回路、１３…電源回路、１４…メモリ、１５…給電ユニット、１６…励磁駆動回路、１７，２２…信号抽出回路、１９…ユニット制御回路、２１…異物検出用回路、３０…受電装置、３３…２次側制御回路、４０…携帯端末、Ｌ１…給電用コイル、Ｌ２…１次側異物検出用コイル、Ｌ３…受電用コイル、Ｌ４…２次側異物検出用コイル。

Claims (5)

1. 受電装置が設置される給電面に沿って配置される複数の給電用コイルを備え、励磁される前記給電用コイルが発する磁束を介した電磁誘導によって前記受電装置に非接触で給電する非接触給電装置において、
   前記給電面に設置された物体の有無を励磁させた前記給電用コイルの電流又は電圧に基づき検知する存在検知部と、
   電源及びグランド間に並列接続される１対の接続線のそれぞれに電源側スイッチング素子及びグランド側スイッチング素子が直列接続され、前記各接続線における前記電源側スイッチング素子及び前記グランド側スイッチング素子間に前記給電用コイルの両端が接続されるとともに、前記各スイッチング素子をオンオフ制御する励磁駆動回路と、を備え、
   前記励磁駆動回路は、前記受電装置への給電時には、前記一方の接続線における前記電源側スイッチング素子及び前記他方の接続線における前記グランド側スイッチング素子からなる組み合わせと、前記他方の接続線における前記電源側スイッチング素子及び前記一方の接続線における前記グランド側スイッチング素子からなる組み合わせとを交互にオンオフ状態間で切り替えることで前記給電用コイルを励磁し、
   存在検知時には、前記一方の接続線における前記電源側スイッチング素子をオフ状態に固定するとともに、この接続線における前記グランド側スイッチング素子をオン状態に固定し、前記他方の接続線における前記電源側スイッチング素子と、この接続線における前記グランド側スイッチング素子とを交互にオンオフ状態間で切り替えることで前記給電用コイルを励磁することを特徴とする非接触給電装置。
2. 請求項１に記載の非接触給電装置において、
   存在検知時に前記他方の接続線における前記グランド側スイッチング素子をオンオフ状態間で切り替える一周期において、このグランド側スイッチング素子のオン状態とされる時間をオフ状態とされる時間に比して長く設定することを特徴とする非接触給電装置。
3. 請求項１又は２に記載の非接触給電装置において、
   前記励磁駆動回路は、存在検知及び給電の何れも行っていない待機状態においては、前記両電源側スイッチング素子をオフ状態とすることを特徴とする非接触給電装置。
4. 請求項３に記載の非接触給電装置において、
   前記励磁駆動回路は、前記待機状態においては、前記両グランド側スイッチング素子の何れか一方のみをオン状態とし、その他のスイッチング素子をオフ状態とすることを特徴とする非接触給電装置。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の非接触給電装置において、
   前記存在検知部は、前記給電用コイルの電流又は電圧に基づき前記給電面に設置された物体が金属であるか否かを検知することを特徴とする非接触給電装置。

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