JP2013146138A - 非接触充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非接触充電装置において、電子キーシステムの通信に対する影響を抑制することにある。
【解決手段】干渉抑制部４３は、ＬＦアンテナ２３ａに供給される交流電流を検出するとき、１次コイルＬ１に供給される交流電流が抑制される。これにより、非接触充電装置４０の携帯端末５０への送電により電子キー１０及び車載装置２０間の通信が妨害されることが抑制される。
【選択図】図１

Description

この発明は、非接触で被充電装置を充電する非接触充電装置に関する。

従来、充電装置から被充電装置へ非接触で送電を行うことで、被充電装置を充電する非接触充電システムが存在する（例えば、特許文献１参照）。具体的には、充電装置には１次コイルが設けられ、被充電装置には２次コイルが設けられる。充電装置の上面には、被充電装置が設置される送電パッドが形成される。１次コイルは、励磁されることで低周波数の電波（電磁波）を放出する。この電波により２次コイルに電力が誘起される。この電力が被充電装置に内蔵される電池に充電される。

今後、非接触充電システムの業界団体であるＷＰＣ（Wireless Power Consortium）の規格に沿った充電装置の普及が予想される。この規格においては、１次コイルからの電波の周波数は１００ｋＨｚ〜２００ｋＨｚに指定されている。

一方、車両には電子キー及び車両間での無線通信を通じて車両ドアの施解錠やエンジンの始動を可能とする電子キーシステムが搭載されている（例えば、特許文献２参照）。この電子キーシステムにおいて、車両から電子キーには、ＬＦ帯（代表的には１３４ｋＨｚ又は１２５ｋＨｚ）の電波が送信される。

特開２００８−５５７３号公報 特開２００４−９２０７１号公報

上記充電装置を車両に搭載した場合、非接触充電システム及び電子キーシステム間で使用される周波数が重複するため電波干渉が生じるおそれがある。具体的には、充電装置を車内にて使用すると、その電波が電子キーシステムにとってノイズとなる。この結果、電子キー及び車両間の無線通信、ひいてはエンジンの始動等が不可となるおそれがある。このため、非接触充電装置を車載するにあたって、ユーザの利便性を確保するために電子キーシステムの通信に対する影響を抑制することが求められている。

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、電子キーシステムの通信に対する影響を抑制した非接触充電装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の発明は、１次コイルに交流電流が供給されることで被充電装置に非接触で送電する非接触充電装置において、電子キー及び車載装置間の無線通信時に前記車載装置のアンテナに供給される交流電流の有無を検出する検出手段と、前記検出手段を通じて前記アンテナへの交流電流の供給を検出するとき、前記１次コイルに供給される交流電流を抑制する制御手段と、を備えることを要旨とする。

同構成によれば、アンテナに供給される交流電流の有無を検出するとき１次コイルに供給される交流電流が抑制される。これにより、非接触充電装置からの電磁波が抑制される。アンテナに交流電流が供給されるときは、電子キー及び車載装置間で無線通信を行うときである。このため、当該無線通信が、非接触充電装置からの電磁波によって妨害されることが抑制される。

また、上記構成においては、アンテナに供給される交流電流の有無を直接検出するため、外部からのノイズに強い。さらに、アンテナ等を介して実際に送信される信号の有無を検出する場合に比べて感度もよい。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の非接触充電装置において、前記アンテナは第１のコネクタを、前記アンテナに交流電流を供給する導線は前記第１のコネクタに接続可能とされた第２のコネクタを備えるものであって、前記検出手段は、前記第１及び前記第２のコネクタにそれぞれ接続される２つのコネクタを備えることを要旨とする。

導線と電気機器との接続は、はんだ付け等の接続方法もあるが、接続したり接続を解除したりする容易性から、コネクタ同士による接続が従来から多く採用されている。すなわち、アンテナとアンテナに交流電流を供給する導線とにおいてもコネクタ接続を採用している従来製品も多い。同構成によれば、検出手段は、アンテナと導線との接続に利用される第１及び第２のコネクタを備えている。従って、アンテナと導線との間に検出手段を容易に配設することができる。このため、多くの従来製品に当該発明を容易に適用することができる。

本発明によれば、非接触充電装置において、電子キーシステムの通信に対する影響を抑制することができる。

車両の構成を示すブロック図。 干渉抑制部の構成を示すブロック図。 携帯端末が送電パッドに設置された非接触充電装置の斜視図。

以下、本発明にかかる非接触充電装置を具体化した一実施形態について図１及び図２を参照して説明する。
図１に示すように、車両は、非接触充電装置４０と、車載装置２０とを備える。この車載装置２０は、ユーザに所持される電子キー１０との相互通信を通じてエンジンの始動を許可する。非接触充電装置４０は、ユーザに所持される携帯端末５０を非接触で充電可能に構成される。以下、電子キー１０、車載装置２０及び非接触充電装置４０の具体的構成について説明する。

＜電子キー＞
電子キー１０は、ＣＰＵからなるコンピュータユニットによって構成された電子キー制御部１１を備える。この電子キー制御部１１には、ＬＦ（Low Frequency）帯の無線信号を受信するＬＦ受信部１２と、ＵＨＦ（Ultra High Frequency）帯の無線信号を送信するＵＨＦ送信部１３とが接続されている。

ＬＦ受信部１２は、自身のＬＦ受信アンテナ１２ａを介して車載装置２０から送信されるＬＦ帯の無線信号である要求信号を受信すると、この要求信号を復調し、復調された信号を電子キー制御部１１へ出力する。

電子キー制御部１１は、不揮発性のメモリ１１ａを備え、同メモリ１１ａには電子キー１０に固有のＩＤコードが記憶されている。電子キー制御部１１は、要求信号を認識すると、メモリ１１ａに記憶されたＩＤコードを含む応答信号をＵＨＦ送信部１３へ出力する。ＵＨＦ送信部１３は、応答信号を変調するとともに、この変調した応答信号を、送信アンテナ１３ａを介してＵＨＦ帯の無線信号として送信する。

＜車載装置＞
図１に示すように、車載装置２０は、コンピュータユニットにて構成されるＥＣＵ２１を備える。このＥＣＵ２１には、ＵＨＦ帯の無線信号を受信するＵＨＦ受信部２４が接続されている。ＵＨＦ受信部２４には、ＵＨＦ受信アンテナ２４ａが接続されている。また、ＥＣＵ２１には、ＬＦ帯の無線信号を送信するＬＦ送信部２３が接続されている。ＬＦ送信部２３には、非接触充電装置４０を構成する干渉抑制部４３を介してＬＦ送信アンテナ２３ａが接続されている。

また、図１に示すように、ＥＣＵ２１には、エンジンスイッチ３３と、カーテシスイッチ３４とが接続されている。カーテシスイッチ３４は、車両ドアの開閉状態を検出し、その検出結果をＥＣＵ２１に出力する。エンジンスイッチ３３は、運転席の近傍に押し操作可能に設けられている。エンジンスイッチ３３は押し操作されると、その旨の操作信号をＥＣＵ２１に出力する。

ＥＣＵ２１は、不揮発性のメモリ２１ａを備え、そのメモリ２１ａには電子キー１０のＩＤコードと同一のＩＤコードが記憶されている。
ＥＣＵ２１は、車両ドアの解錠後にカーテシスイッチ３４を通じて車両ドアが開閉した旨判断したとき、要求信号を生成し、その生成した要求信号をＬＦ送信部２３に出力する。ＬＦ送信部２３は、ＥＣＵ２１から要求信号が入力されると、その要求信号を変調して、この変調された要求信号を干渉抑制部４３を介してＬＦ送信アンテナ２３ａに送る。要求信号は、ＬＦ送信アンテナ２３ａから車内に送信される。

ＵＨＦ受信部２４は、自身のＵＨＦ受信アンテナ２４ａを介して電子キー１０から送信される応答信号を受信すると、この信号をパルス信号に復調し、この復調された応答信号をＥＣＵ２１へ出力する。

ＥＣＵ２１は、応答信号を認識すると、その応答信号に含まれるＩＤコードと、メモリ２１ａに記憶されたＩＤコードとの照合を行う。ＥＣＵ２１は、ＩＤコードの照合が成立した旨判断したとき、エンジン始動許可状態となる。ＥＣＵ２１は、この状態において、エンジンスイッチ３３が操作された旨認識すると、エンジンを始動する。

＜非接触充電装置及び携帯端末＞
図３に示すように、非接触充電装置４０は、その上面に携帯端末５０を設置可能とした送電パッド４０ａを有する。この非接触充電装置４０は、送電パッド４０ａを露出させた状態で車室内に取り付けられる。ユーザは、携帯端末５０を送電パッド４０ａに置くだけで、その携帯端末５０の充電を行うことができる。

図１に示すように、非接触充電装置４０は、充電制御装置４１と、複数の励磁回路４２と、それと同数の１次コイルＬ１と、干渉抑制部４３とを備える。
また、携帯端末５０は、２次コイルＬ２と、整流回路５２と、コンバータ５３と、バッテリ５４と、負荷変調回路５５と、を備える。

各１次コイルＬ１は、装置内部に送電パッド４０ａに沿って設けられる。１次コイルＬ１はスパイラルコイルである。各１次コイルＬ１は各励磁回路４２に接続されている。また、各励磁回路４２は電源及びグランドに接続されている。

充電制御装置４１は、励磁回路４２を通じて１次コイルＬ１に交流電流を供給する。これにより、１次コイルＬ１は励磁されて、電波（電磁波）を放出する。この電波の周波数は、上記背景技術でも説明したように、ＷＰＣの規格において１００ｋＨｚ〜２００ｋＨｚに指定されている。充電制御装置４１は、１次コイルＬ１に供給される電流を監視する。

携帯端末５０が送電パッド４０ａに設置された状態で、２次コイルＬ２の軸は送電パッド４０ａの面に直交する。２次コイルＬ２は、１次コイルＬ１からの電磁波により電流を誘起する（電磁誘導）。整流回路５２は、誘起された交流電流を直流電流に変換し、その変換した電流をコンバータ５３に出力する。コンバータ５３は、電力を降圧又は昇圧して、その電力をバッテリ５４に供給する。これにより、バッテリ５４が充電される。

充電制御装置４１は、送電パッド４０ａに携帯端末５０が設置されているか否かを判断するためにポーリングを行う。具体的には、充電制御装置４１は、間欠的に１次コイルＬ１に交流電流を供給することで１次コイルＬ１を励磁する。これにより、１次コイルＬ１からはポーリング信号（電波）が送信される。

携帯端末５０の負荷変調回路５５は、２次コイルＬ２を通じてポーリング信号を受けると負荷変調を行う。詳しくは、負荷変調回路５５は、ポーリング信号を受信したとき、２次コイルＬ２に負荷（図示略）を接続した接続状態と、２次コイルＬ２に負荷を接続しない非接続状態との間で切り替える。この接続状態にあるとき、２次コイルＬ２と磁気結合する１次コイルＬ１からみたインピーダンスが非接続状態から変化する。従って、１次コイルＬ１に供給される電流が変化する。充電制御装置４１は、この電流の変化を通じて送電パッド４０ａに携帯端末５０が設置されている旨判断し、その旨判断したとき連続的に１次コイルＬ１を励磁させることで実際に携帯端末５０の充電を行う。

各励磁回路４２及び電源間にはＦＥＴ（電界効果トランジスタ）４９のドレイン端子及びソース端子が接続されている。通常のＦＥＴ４９は、オン状態とされており、各励磁回路４２には、電源からの電力が常時供給されている。ＦＥＴ４９のベース端子に、干渉抑制部４３によって電圧が印加されることで、ＦＥＴ４９のドレイン端子及びソース端子間が非導通状態（オフ状態）となる。

図２に示すように、干渉抑制部４３は、ＬＦ送信部２３からＬＦ送信アンテナ２３ａに送られる要求信号（交流電流）をセンシングするセンサ４４と、センシングした交流電流を整流及び平滑させて直流電流に変換した後、当該直流電流の電圧値と予め記憶される閾値との比較をする処理回路４５とを備える。処理回路４５は、電圧値が閾値以上となっている間、電子キー１０及び車載装置２０間の無線通信が行われる旨判断して、ＦＥＴ４９のベース端子に電圧を印加する。なお、干渉抑制部４３は、センサ４４及び処理回路４５を配設する基板４７を備えている。この基板４７には、第１及び第２のコネクタ４７ａ，４７ｂが設けられている。第１のコネクタ４７ａは、ＬＦ送信部２３からＬＦ送信アンテナ２３ａに要求信号を送るためのハーネス（導線）２５の先端部に設けられる第２のコネクタ２５ａと接続される。第２のコネクタ４７ｂは、ＬＦ送信アンテナ２３ａに設けられ要求信号を受信するための第１のコネクタ２３ｂと接続される。第１及び第２のコネクタ４７ａ，４７ｂは、２本の導線により接続されている。センサ４４は、例えばトランスであって、２本の導線のうち一方に流れる電流を電磁誘導により検出する。なお、第１のコネクタ２３ｂ，４７ａは同じもの、第２のコネクタ２５ａ，４７ｂは同じものである。

＜干渉抑制部の作用＞
要求信号を送信する際、ＥＣＵ２１において生成された要求信号（交流電流）は、ＬＦ送信部２３及び干渉抑制部４３を介してＬＦ送信アンテナ２３ａに送られる。従って、ＬＦ送信アンテナ２３ａに送られる要求信号（交流電流）は、センサ４４によりセンシングされる。センシングされた交流電流は、処理回路４５に送られる。処理回路４５は、入力された交流電流を整流及び平滑させて直流電流に変換した後、当該直流電流の電圧値と、予め記憶される閾値との比較をする。干渉抑制部４３は、電圧値が閾値以上となっている間、電子キー１０及び車載装置２０間の無線通信が行われる旨判断して、ＦＥＴ４９のベース端子に電圧を印加する。従って、ＦＥＴ４９はオフ状態となる。これにより、各励磁回路４２への給電が停止されるので、非接触充電装置４０からの電磁波は遮断される。このため、電子キー１０及び車載装置２０間の要求信号又は応答信号の授受が、非接触充電装置４０によって妨害されることが抑制される。

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）ＬＦ送信アンテナ２３ａに供給される交流電流の有無を検出する干渉抑制部４３を設けた。干渉抑制部４３は、交流電流を検出するとき、ＦＥＴ４９のベース端子に電圧を印加する。ベース端子に電圧が印加されると、１次コイルＬ１に供給される直流電流が遮断される。ＬＦ送信アンテナ２３ａに交流電流が供給されるのは、電子キー１０及び車載装置２０間で無線通信を行うときである。これにより、非接触充電装置４０の携帯端末５０への送電により電子キー１０及び車載装置２０間の通信が妨害されることが抑制される。なお、干渉抑制部４３は、ＬＦ送信アンテナ２３ａに供給される交流電流が要求信号であるか否かを判断しない。すなわち、干渉抑制部４３は、要求信号であるか否かを判断せず、ＬＦ送信アンテナ２３ａに供給される交流電流の有無のみにより、ＦＥＴ４９のベース端子への電圧の印加を切り替える。従って、干渉抑制部４３は、要求信号であるか否かを判断しない分だけ早く、ＦＥＴ４９のベース端子への電圧の印加を切り替えることができる。また、干渉抑制部４３には、要求信号の有無を判断するための処理回路が必要ない。従って、干渉抑制部４３における回路の簡素化が図られる、基板４７をはじめとする干渉抑制部４３全体のサイズを小さくできる、さらには、干渉抑制部４３にかかるコストを抑制することができる。

また、干渉抑制部４３は、ＬＦ送信アンテナ２３ａに供給される交流電流の有無を直接検出するため、外部からのノイズに強い。さらに、アンテナ等を介して実際に送信される信号（ＬＦ帯の要求信号（無線信号））の有無を検出する場合に比べて感度もよい。

（２）干渉抑制部４３の各種の電子部品を配設する基板４７に第１及び第２のコネクタ４７ａ，４７ｂを設けた。第１のコネクタ４７ａは、ＬＦ送信部２３からＬＦ送信アンテナ２３ａに要求信号を送るためのハーネス（導線）２５の先端部に設けられる第２のコネクタ２５ａとの接続に対応する。第２のコネクタ４７ｂは、ＬＦ送信アンテナ２３ａに設けられ要求信号を受信するための第１のコネクタ２３ｂとの接続に対応する。これにより、干渉抑制部４３は、容易にハーネス２５とＬＦ送信アンテナ２３ａとの間に接続することができる。また、ハーネス２５とＬＦ送信アンテナ２３ａとの接続に第１及び第２のコネクタを採用する従来の車載装置においても、ハーネス２５とＬＦ送信アンテナ２３ａとの間に干渉抑制部４３を容易に接続することができる。

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、ハーネス２５と干渉抑制部４３との間、及び干渉抑制部４３とＬＦ送信アンテナ２３ａとの間は、コネクタ接続に限らない。例えば、はんだ付けによる接続であってもよい。

・上記実施形態において、干渉抑制部４３は、ＬＦ送信アンテナ２３ａに供給される交流電流を、電磁誘導によりセンシングするもの（例えばトランス）としてセンサ４４を採用したが、これ以外のものによりセンシングしてもよい。電磁誘導により交流電流を検出するものとしては、例えば電流プローブがある。電流プローブを採用すれば、間接的なセンシングか可能になる。また、電磁誘導に代えて、例えばシャント抵抗を採用して、交流電流を電圧に変換して、信号の有無をセンシングしてもよい。

・上記実施形態においては、ＦＥＴ４９をオフ状態とすることで、非接触充電装置４０からの電磁波が遮断されていた。しかし、非接触充電装置４０からの電磁波を遮断することができれば、上記構成に限らない。例えば、非接触充電装置４０全体の電源をオフ状態としてもよい。本構成によれば、より簡易に非接触充電装置４０からの電磁波を遮断できる。

また、例えば、励磁回路４２及び１次コイルＬ１間にリレー回路を設けてもよい。このリレー回路は第１〜第３の端子を有する。そして、第１の端子が励磁回路４２に接続され、第２の端子が１次コイルＬ１に接続され、第３の端子がグランドに接続される。可動接点が第２及び第３の端子間で変位することで、１次コイルＬ１が励磁回路４２及びグランドの何れかに接続された状態となる。干渉抑制部４３は、電圧値が閾値以上となった旨判断すると、リレー回路を通じて、１次コイルＬ１をグランドに接続する。これによって、非接触充電装置４０からの電磁波が遮断される。

また、１次コイルＬ１を含むアンテナ系のインピーダンスを増大させることで、１次コイルＬ１からの電磁波を抑制してもよい。詳しくは、励磁回路４２及び１次コイルＬ１間にはマッチング回路が設けられている。このマッチング回路は、１次コイルＬ１及び電力経路間のインピーダンスを整合させることで、１次コイルＬ１を含むアンテナ系の電気エネルギーの反射損失を抑制する。干渉抑制部４３は、電圧値が閾値以上となった旨判断すると、マッチング回路を通じてアンテナ系のインピーダンスを増大させる。これにより、１次コイルＬ１に供給される交流電流が減少し、結果的に１次コイルＬ１からの電磁波を抑制することができる。

・上記実施形態においては、ＬＦ送信アンテナ２３ａから車内に要求信号が送信されるとき、非接触充電装置４０からの電磁波が抑制される。しかし、車外（例えばドアハンドル内）に設けられる送信アンテナから要求信号が送信されるときにも、非接触充電装置４０からの電磁波を抑制してもよい。なお、ＥＣＵ２１は、車外への要求信号に対する応答信号のＩＤコードの照合が成立した旨判断したとき、車両ドアの施解錠を許可する。

・上記実施形態においては、非接触充電装置４０は電磁誘導型であったが、磁界共鳴型であってもよい。
・上記実施形態において、干渉抑制部４３にＬＦ送信アンテナ２３ａに供給される交流電流が要求信号であるか否かを判断するための処理回路、例えばデコーダや、マイクロコンピュータ、メモリを設けてもよい。

次に、前記実施形態から把握できる技術的思想をその効果と共に記載する。
（イ）請求項１又は２に記載の非接触充電装置において、電源から前記１次コイルへの給電経路に設けられるスイッチング素子を備え、前記制御手段は、前記検出手段が前記アンテナへの交流電流の供給を検出するとき、前記スイッチング素子をオフ状態とすることで前記１次コイルに供給される電源を遮断する非接触充電装置。

同構成によれば、電子キー及び車載装置間の無線通信が開始されると、スイッチング素子がオフ状態とされる。これにより、１次コイルに供給される電源が遮断される。従って、無線通信時には非接触充電装置からの電磁波が停止する。よって、より確実に非接触充電装置からの電磁波による無線通信の妨害が抑制される。

Ｌ１…１次コイル、Ｌ２…２次コイル、１０…電子キー、１１…電子キー制御部、１１ａ，２１ａ…メモリ、１２…ＬＦ受信部、１２ａ…ＬＦ受信アンテナ、１３…ＵＨＦ送信部、１３ａ…送信アンテナ、２０…車載装置、２１…ＥＣＵ、２３…ＬＦ送信部、２３ａ…ＬＦ送信アンテナ、２３ｂ，４７ａ…第１のコネクタ、２４…ＵＨＦ受信部、２４ａ…ＵＨＦ受信アンテナ、２５…ハーネス、２５ａ，４７ｂ…第２のコネクタ、３３…エンジンスイッチ、３４…カーテシスイッチ、４０…非接触充電装置、４０ａ…送電パッド、４１…充電制御装置、４２…励磁回路、４３…検出手段及び制御手段としての干渉抑制部、４４…センサ、４５…処理回路、４７…基板、４９…ＦＥＴ、５０…携帯端末、５２…整流回路、５３…コンバータ、５４…バッテリ、５５…負荷変調回路。

Claims (2)

1. １次コイルに交流電流が供給されることで被充電装置に非接触で送電する非接触充電装置において、
   電子キー及び車載装置間の無線通信時に前記車載装置のアンテナに供給される交流電流の有無を検出する検出手段と、
   前記検出手段を通じて前記アンテナへの交流電流の供給を検出するとき、前記１次コイルに供給される交流電流を抑制する制御手段と、を備えた非接触充電装置。
2. 請求項１に記載の非接触充電装置において、
   前記アンテナは第１のコネクタを、前記アンテナに交流電流を供給する導線は前記第１のコネクタに接続可能とされた第２のコネクタを備えるものであって、
   前記検出手段は、前記第１及び前記第２のコネクタにそれぞれ接続される２つのコネクタを備える非接触充電装置。