JP4743173B2 - 送電制御装置、送電装置、無接点電力伝送システムおよび電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、送電制御装置、送電装置、無接点電力伝送システムおよび電子機器に関する。

近年、電磁誘導を利用し、金属部分の接点がなくても電力伝送を可能にする無接点電力伝送（非接触電力伝送）が脚光を浴びている、この無接点電力伝送の適用例として、携帯電話機や家庭用機器（例えば電話機の子機や時計）の充電などが提案されている。

１次コイルと２次コイルを用いた無接点電力伝送装置は、例えば、特許文献１に記載されている。
特開２００６−６０９０９号公報

無接点電力伝送装置では、例えば電子機器の電池（バッテリ）の長寿命化のために、低消費電力性が厳しく要求される。したがって、１次側機器（送電側機器）から２次側機器（受電側機器）への無駄な電力伝送をできるだけ抑制することが重要である。

また、無接点電力伝送装置では、何よりも高い安全性および信頼性が求められる。例えば、規格外の２次側機器に誤って電力伝送を行うと、機器の破損が生じる場合がある。

また、規格に合致した２次側機器に対して電力伝送を行う場合でも、送電環境が不適切である場合には、送電を停止しなければならない。

例えば、金属異物が存在する環境下で送電を行う場合には、異常発熱が生じる危険性があり、この場合には、送電を停止しなければならない。但し、金属異物の大きさは、小、中程度のものもあれば、大きなもの（例えば薄い板状で、１次側機器と２次側機器を完全に遮断するようなもの）もあり、どのような異物に対しても安全対策が採られるのが望ましい。

また、無接点電力伝送装置は、ユーザの日常生活の利便性を高める目的をもつため、使い勝手のよい装置である必要がある。

また、無接点電力伝送装置では、部品点数を削減して、小型化ならびに低コスト化を実現することも重要である。

本発明はこのような考察に基づいてなされたものである。本発明の少なくとも一つの実施形態では、ユーザの利便性が向上すると共に、徹底した消費電力の抑制が可能な無接点電力伝送技術を提供できる。また、本発明の少なくとも一つの実施形態では、万全の安全対策が施された信頼性が高い無接点電力伝送技術を提供できる。また、本発明の少なくとも一つの実施形態では、ユーザの利便性に対する十分な配慮がなされた無線点電力伝送技術を提供できる。また、本発明の少なくとも一つの実施形態では、部品点数を削減して、小型化ならびに低コスト化を実現することができる。

（１）本発明の送電制御装置の一態様では、送電装置から受電装置に対して、電磁結合された１次コイルおよび２次コイルを経由して無接点で電力を伝送する無接点電力伝送システムにおける、前記送電装置に設けられる送電制御装置であって、前記受電装置への送電を制御する送電側制御回路を有し、前記送電側制御回路は、送電側機器に設けられたスイッチのオンを契機として、前記受電装置のＩＤ認証を可能とするために、前記受電装置に対して仮送電を実行し、仮送電を受けた前記受電装置から送られてくるＩＤ認証情報に基づいてＩＤ認証を実行し、前記ＩＤ認証によって前記受電装置の適合性が証明された後に前記受電装置に対して本送電を実行し、前記仮送電を開始した時点から所定時間内に前記受電装置からの前記ＩＤ認証情報を受信しない場合ならびに前記ＩＤ認証に失敗した場合には、前記仮送電を停止して前記スイッチのオンを待つ初期状態に戻る。

送電側機器に設けられたスイッチのオン（スイッチによるトリガ生成）を契機として、送電側から受電側への送電（ＩＤ認証等のための仮送電）を開始するようにする。スイッチの利用形態としては、例えば、２次側機器をセットした後にユーザがスイッチをオンする場合と、スイッチをオンしてから２次側機器をセットする場合とがある。いずれの場合も、ユーザによるスイッチオン（つまり、ユーザによる充電開始の明確な意思表示）を送電（仮送電を含む）の条件とするため、ユーザの知らないうちに不意打ち的に送電が開始されることがなく、ユーザの安心感が高まる。また、２次側機器をセットすると、その自重でスイッチがオンする場合もあり得る。この場合には、ユーザのスイッチオンの手間を省くことができる。「仮送電」とは、受電装置への本送電（通常送電）前に行う送電であり、送電周波数に関しては、原則として、本導電の周波数との異同は問わない。この構成によれば、スイッチオン前は、送電は一切、行わなくてもよくなる（例えば、２次側機器のセットを検出するために仮送電を行うことが必要なくなる）。無駄な電力送電を行わないことによって、消費電力の削減と安全性の向上を図ることができる。また、スイッチオンの後、まず、仮送電を受けた受電側機器からのＩＤ認証情報（例えば、製造業者を示す番号、機器ＩＤ番号、電力定格情報等）に基づくＩＤ認証を実行し、ＩＤ認証情報を所定時間内に受け取れない場合あるいはＩＤ認証に失敗する場合には、仮送電を停止してスイッチオン待ちの初期状態に戻るため、不適切な対象に対する電力送電がされることが確実に防止され、信頼性、安全性が向上する。また、仮送電が停止されてスイッチオン待ちの状態に戻ることから、上述のとおり無駄な電力消費が生じず、低消費電力化も実現される。

（２）本発明の送電制御装置の他の態様では、前記送電側制御回路は、前記ＩＤ認証が複数回連続して失敗したことを条件として前記仮送電を停止して前記初期状態に戻る。

ＩＤ認証の複数回の連続失敗を条件とすることによって、何らかの理由で偶発的にＩＤ認証が失敗した場合でも初期状態に戻ることがないため、ユーザが無駄にスイッチの再オンをする必要がなくなる。よって、ユーザの利便性が向上する。

（３）本発明の送電制御装置の他の態様では、前記送電側制御回路は、前記本送電の開始後に、前記受電装置からの送電停止要求を受信すると、前記本送電を停止して前記初期状態に戻る。

受電側機器からの送電停止要求によって送電（本送電）が停止されるため、不要な電力伝送が生じず、これに伴い発熱の心配もなくなる。よって、安全性のさらなる向上が実現され、さらなる低消費電力化も達成される。また、受電側機器からの送電停止要求を契機として送電を止めるため、信頼性の高い確実な送電停止が可能であり、かつ、送電制御装置が自発的に送電継続の要否を検出する必要もない。

（４）本発明の送電制御装置の他の態様では、前記送電停止要求は、前記受電装置からの満充電通知である。

「送電停止要求」の例としては、受電側機器の「バッテリの満充電通知（満充電通知フレーム等）」をあげることができる。ただし、これに限定されるものではなく、例えば、受電側機器の特定回路の動作が不要となったことを示す動作不要通知であってもよい。

（５）本発明の送電制御装置の他の態様では、前記送電側制御回路は、前記ＩＤ認証によって前記受電装置の適合性が証明された後に、前記受電装置に対して本送電を実行すると共に、前記本送電の期間において、前記１次コイルの誘起電圧信号の波形の変化によって異物の有無を判定し、異物が検出された場合に、前記本送電を停止して前記初期状態に戻る。

ＩＤ認証後に本送電（通常送電）が開始される。「本送電」とは、受電装置側の本負荷への電力供給という、本来の目的に沿った送電（例えば、バッテリという本負荷を充電するための送電）のことである。この本送電の期間中において異物（導電性の異物、例えば金属異物）の検出を実行し、異物が検出されたときには、本送電を停止して初期状態に戻るようにする。１次コイルと２次コイルとの間への異物挿入は、異常発熱、火傷あるいは発火等の要因となるため、異物対策は重要である。例えば、異物が存在すると、送電側からみた受電側の負荷が増大するため、１次コイルの誘起電圧信号の波形に変化が生じる。よって、この原理を利用して、簡単な構成の回路でもって異物を検出することができる。異物対策が施されることによって、無接点電力伝送システムの安全性、信頼性が格段に向上する。

（６）本発明の送電制御装置の他の態様では、前記送電側制御回路は、前記１次コイルの前記誘起電圧信号の波形の変化に基づいて受電側機器の取り去りを検出し、前記本送電中に前記受電装置の取り去りが検出された場合に、前記本送電を停止する。

本送電中において受電側機器が取り去られると、1次コイルと2次コイル間の結合が外れることで、結合によって生じていた相互インダクタンス分がなくなり１次コイルのインダクタンス分だけが共振するようになり、その結果、共振周波数が高くなり、伝送周波数に近づくため送電コイルに電流が流れやすくなるため、送電側からは高負荷に見える（誘起電圧が上昇する）。すなわち、１次コイルの誘起電圧信号の波形に変化が生じる。よって、この原理を利用して、簡単な構成の回路でもって「受電側機器の取り去り」を検出することができる。本送電中において受電側機器の取り去り検出を行うことによって、無駄な電力伝送が生じない。よって、低消費電力化ならびに安全性や信頼性の向上を図ることができる。

（７）本発明の送電制御装置の他の態様では、前記送電側制御回路は、前記１次コイルに近接して載置された異物を受電側機器と誤認して前記本送電を継続する乗っ取り状態を検出し、前記乗っ取り状態が検出されると、前記本送電を停止して前記初期状態に戻る。

本送電期間中において、いわゆる「乗っ取り状態」の検出を実行することとし、無接点電力伝送システムの安全性、信頼性のさらなる向上を図るものである。「乗っ取り状態」は、異物挿入の特殊な形態と位置付けられるものであり、「異物を受電側機器と誤認して本送電が継続される状態」のことである。例えば、薄い金属板が１次コイルと２次コイル間を完全に遮断するように挿入された場合、送電側から見れば、相当程度の負荷が常に存在することになり、例えば、取り去り検出が困難となる。つまり、受電側機器が取り去られた後も、送電側からみて、受電側機器に相当する負荷が検出されてしまうため、取り去り検出ができず、本送電を止めることができない。この場合、金属板は高温に達し、異常発熱や発火、機器破損、火傷等が生じるおそれがある。「異物検出」、「取り去り検出」の他に、「乗っ取り検出」機能を設けて、乗っ取り状態が検出された場合、本送電を速やかに停止する。これによって、無接点電力伝送システムの安全性、信頼性のさらなる向上を図ることができる。

（８）本発明の送電制御装置の他の態様では、前記送電側制御回路は、前記異物が存在すると、前記受電装置側から発せられた信号が異物によって遮断されて到達しないことを利用して、前記乗っ取り状態を検出する。

「乗っ取り状態」となると、受電側から送電側への信号伝達は、異物によって阻止され、送電側に到達できない。この原理を利用し、受電側から何らかの信号を送電側に送信し、受電側にてその信号を検出できるか否かによって「乗っ取り状態」を検出するものである。例えば、受電装置が負荷変調によって２次コイルおよび１次コイルを経由して信号（物理的な信号）を送電側に送り、その信号（物理的な信号）を送電側で検出できるか否かによって乗っ取り状態を判定する。但し、この方法に限定されるものではない。例えば、受電側に発光手段を設け、送電側に受光手段を設け、送電側において受電側からの光（赤外光等を含む）を検出できるか否かによって「乗っ取り状態」を検出するようにしてもよい。外光（周囲光）が異物に遮られることなく送電装置に到達するか否かを検出してもよい。電気信号や光の他、受電側からの音を送電側にて所定レベルで検出できるか否かによって乗っ取り検出を行ってもよい。

（９）本発明の送電制御装置の他の態様では、前記送電側制御回路は、前記送電装置からみた前記受電装置側の負荷の間欠的な変化を検出し、前記本送電中において前記負荷の間欠的な変化を検出できない場合に、前記本送電を停止する。

受電装置は、ＩＤ認証が終了して本送電（通常送電）が行われているとき（例えば、本負荷としての電池パックに充電電流を供給しているとき）に、負荷変調部を動作させて、間欠的に負荷を変化させる。受電装置側の間欠的な負荷変化は、所定のタイミング（つまり送電装置が既知のタイミング：例えば定期的なタイミング）で行われるため、送電装置は、異物挿入がなければ、本送電中における受電装置側の間欠的な負荷変化を常に検出できるはずであり、逆に、受電装置側の間欠的な負荷変化を検出できないときには、異物が挿入されたものと判定することができる。受電装置に含まれる負荷変調部は、送電装置への情報の通信のために設けられており、その負荷変調部を異物検出のために活用していることになり、異物検出のために専用の特別なハードウエアを設ける必要はない。また、受電装置側からの通信の手段として負荷変調方式を採用している以上、送電装置には負荷変動を検出する構成が当然、備わっており、その負荷変動を検出する構成を、通常送電中にも動作させておくだけで、異物挿入を判定することができ、送電装置側でも新規なハードウエアの追加は不要である。また、受電装置側の負荷変化は、例えば、１次コイルの誘起電圧信号の波形変化を検出することによって比較的簡単に検出でき（但し、この検出方法に限定されるものではない）、また、一般的なデジタル信号処理によって精度良く検出することが可能である。また、受電装置から送電装置への負荷変調による信号の伝達は、通常の送電と同じ経路（すなわち、１次コイルと２次コイルを経由するルート）を利用して行われるため、異物挿入を検出可能とするための信号の伝達ルートを特別に設ける必要もない。よって、無接点伝送システムを構築することによって、部品点数を抑制しつつ、簡単な信号処理によって、１次コイルと２次コイルとの間への、比較的大きな面積をもつ異物の挿入（乗っ取り）を高精度に検出することが可能となる。

（１０）本発明の送電制御装置の他の態様では、前記本送電時における前記送電装置から見た受電装置側の負荷は周期的に変化し、前記送電側制御回路は、所定数の周期にわたって連続して前記負荷変化を検出できない場合に前記本送電を停止する。

乗っ取り状態の検出に慎重を期すため、送電側制御回路は、複数の周期の各々毎に、受電装置側の負荷の変化を検出し、所定数の周期(例えば３周期)にわたって連続して負荷変化を検出できないときに、本送電を停止することとしたものである。これによって、乗っ取りを引き起こす異物の挿入の検出精度が高まり、例えば、偶発的な要因によって負荷変化が検出できなかったときに、誤って本送電を停止するといった事態が生じない。

（１１）本発明の送電装置は、本発明の送電制御装置と、交流電圧を生成して前記１次コイルに供給する送電部と、を含む。

これによって、スイッチオンを契機としてＩＤ認証を行うステップを含む基本シーケンスを実行する機能をもつ、新規な送電装置が実現される。

（１２）本発明の無接点電力伝送システムの一態様では、送電側電子機器に設けられたスイッチのオンを契機として、送電装置から受電装置に対して、電磁結合された１次コイルおよび２次コイルを経由して無接点で電力を伝送する無接点電力伝送システムであって、前記送電装置は、１次コイルの誘起電圧に基づいて前記受電装置への送電を制御する送電側制御回路を含み、前記受電装置は、本負荷に対する電力供給を制御する給電制御部と、前記受電装置を制御する受電側制御回路を有する受電制御装置と、を含み、前記送電装置の前記送電側制御回路は、送電側機器に設けられたスイッチのオンを契機として、前記受電装置のＩＤ認証を可能とするために、前記受電装置に対して仮送電を実行し、仮送電を受けた前記受電装置から送られてくるＩＤ認証情報に基づいてＩＤ認証を実行し、前記ＩＤ認証によって前記受電装置の適合性が証明された後に前記受電装置に対して本送電を実行し、前記仮送電を開始した時点から所定時間内に前記受電装置からの前記ＩＤ認証情報を受信しない場合ならびに前記ＩＤ認証に失敗した場合には、前記仮送電を停止して前記スイッチのオンを待つ初期状態に戻る。

スイッチオンを契機として仮送電ならびにＩＤ認証を実行する新規な無接点電力伝送システムが実現される。本態様の無接点電力伝送システムは、ユーザの利便性が高く、低消費電力性、信頼性、安全性にも優れる。

（１３）本発明の無接点電力伝送システムの他の態様では、前記送電側制御回路は、
前記ＩＤ認証によって前記受電装置の適合性が証明された後に、前記受電装置に対して本送電を実行すると共に、前記本送電の期間において、前記１次コイルの誘起電圧信号の波形の変化によって異物の有無を判定し、異物が検出された場合に、前記本送電を停止して前記初期状態に戻り、前記本送電の開始後に、前記受電装置からの送電停止要求を受信すると、前記本送電を停止して前記初期状態に戻る。

ＩＤ認証失敗と送電停止要求受信によって初期状態に戻るシーケンスを実行することによって、無駄な電力消費が生じず、信頼性、安全性も向上する。

（１４）本発明の無接点電力伝送システムの他の態様では、前記受電装置は負荷変調部をさらに有し、前記受電側制御回路は、前記本送電の開始後に、定期的に前記負荷変調部を動作させて定期負荷認証を実行し、前記送電装置の前記送電側制御回路は、前記送電装置からみた前記受電装置側の負荷の定期的な変化を検出し、前記本送電中において前記負荷の定期的な変化を検出できない場合に前記本送電を停止する。

本送電開始後の定期負荷認証によって「乗っ取り状態」が生じた場合の対策が実現される。よって、無接点電力伝送システムの信頼性、安全性が格段に向上する。

（１５）本発明の無接点電力伝送システムの一態様は、送電側電子機器に設けられたスイッチのオンを契機として、送電装置から受電装置に対して、電磁結合された１次コイルおよび２次コイルを経由して無接点で電力を伝送する無接点電力伝送システムであって、前記送電装置は、１次コイルの誘起電圧に基づいて前記受電装置への送電を制御する送電側制御回路を含み、前記受電装置は、前記送電装置からみた受電装置側の負荷を変調する負荷変調部と、本負荷に対する電力供給を制御する給電制御部と、前記本負荷の満充電を検出する満充電検出部と、前記受電装置を制御する受電側制御回路と、を有する受電制御装置を含み、前記受電側制御回路は、前記送電装置からの前記仮送電を受けると、前記負荷変調部の負荷変調によって、ＩＤ認証用情報を前記送電装置に送信し、前記送電装置からの前記本送電を受けると、前記給電制御部による前記本負荷に対する給電を実行すると共に、前記本負荷への給電中に、前記負荷変調部を動作させて、前記送電装置からみた前記受電装置側の負荷を間欠的に変化させ、前記満充電検出部によって満充電が検出された場合には、前記負荷変調部の負荷変調によって満充電通知を前記送電装置に送信し、前記送電側制御回路は、前記スイッチがオンされると、前記受電装置のＩＤ認証を行うために、前記受電装置に対して前記仮送電を実行すると共に、前記仮送電を受けた前記受電装置から送られてくる前記ＩＤ認証情報に基づいてＩＤ認証を実行し、前記仮送電を開始した時点から所定時間内に、前記受電装置からの前記ＩＤ認証情報を受信しない場合には、前記仮送電を停止して前記スイッチのオンを待つ初期状態に戻り、前記ＩＤ認証に失敗した場合に、前記仮送電を停止して前記スイッチのオンを待つ初期状態に戻り、前記ＩＤ認証によって前記受電装置の適合性が証明された後に、前記受電装置に対して本送電を実行し、前記本送電の期間において、前記１次コイルの誘起電圧信号の波形の変化によって異物を検出し、また、前記受電装置側の前記間欠的な負荷変調に基づく信号を検出できるか否かによって乗っ取り状態を検出し、前記本送電中に、異物および乗っ取り状態が検出された場合ならびに前記受電装置の前記本負荷の満充電が検出された場合に、前記本送電を停止して前記初期状態に戻る。

本態様の無接点電力伝送システムは、スイッチオンを契機として仮送電を実行し、ＩＤ認証を経て本送電を行い、本送電期間中に、異物検出を実行し、受電側の間欠的な負荷変調を利用して乗っ取り状態を検出し、満充電通知を検出し、検出結果に基づいて送電を停止して初期状態（スイッチ待ちの状態）に戻る。低消費電力の大幅な削減、安全性および信頼性の大幅な向上を図ることができる。

（１６）本発明の無接点電力伝送システムの他の態様では、前記受電側制御回路は、前記本送電中における、前記送電装置側からみた前記受電装置側の負荷を間欠的に変化させる場合、前記給電制御部を制御して前記本負荷に供給する電力を強制的に減少させて前記本負荷の負荷状態を見かけ上軽減する負荷軽減処理を実行する。

本態様の無接点電力伝送システムでは、受電装置が、間欠的な負荷変調を行うときに、本負荷の軽減処理を実行する。本負荷への送電を停止することなく乗っ取り状態検出のための負荷変調を行う場合、その負荷変調による送電装置側への信号の送信は、常に、本負荷への給電状況（つまり、本負荷の負荷状態）による影響を受ける。例えば、本負荷（電池パック等）に大量の充電電流を供給しているときに、負荷変調のために小さな電流をオン／オフしても、そのオン／オフ電流の電流量は、本負荷の充電電流の電流量に比べて小さいために、送電装置側では、負荷変調による負荷変化の様子を検出することがむずかしくなる。そこで、本態様では、本送電中において、受電装置自身が本負荷（例えば電池パック）の負荷状態を監視し、乗っ取り状態の検出を可能とするための負荷変調を行うときに、必要に応じて（あるいは一律に）本負荷への電力供給を強制的に低下させる（あるいは一時的に停止する）処理を行う。本負荷への電力供給を絞ると、その本負荷の負荷状態が見かけ上、軽減されたことになり、送電装置側では、負荷変調による信号を検出し易くなり、したがって、本負荷が重い状態のときでも、異物検出精度は所望のレベルに維持される。また、強制的な本負荷の軽減を行った場合でも、本負荷には、少なくとも、必要な最小限の電力は常に与えられており、本負荷側の電子回路が動作できなくなるといった問題は生じない。また、異物挿入を検出可能とするための負荷変調は、上述のとおり間欠的に行われ、かつ、その負荷変調は、本負荷への電力供給に与える影響を考慮して適切な間隔で実行されるものであり、強制的な負荷軽減が行われたからといって、本負荷への電力伝送に特段の悪影響は生じない（例えば、電池パックの充電時間が極端に長くなるような弊害は生じない）。このように、受電装置側で本負荷の状態を監視し、乗っ取り状態の検出（大きな面積の異物挿入）を検出可能とするための負荷変調時に、必要ならば本負荷の軽減も併せて実行することによって、本負荷が重いときであっても、送電装置側における負荷変化の検出精度を所望レベルに維持することができる。

（１７）本発明の電子機器は、送電開始または送電停止の契機を与えるスイッチと、本発明の送電装置と、を含む。

これによって、低消費電力であり、高い安全性および信頼性をもつ高機能の電子機器を提供することができる。

このように、本発明の少なくとも一つの実施形態では、ユーザの利便性が向上すると共に、徹底した消費電力の抑制が可能な無接点電力伝送技術を提供できる。また、本発明の少なくとも一つの実施形態では、万全の安全対策が施された信頼性が高い無接点電力伝送技術を提供できる。また、本発明の少なくとも一つの実施形態では、ユーザの利便性に対する十分な配慮がなされた無線点電力伝送技術を提供できる。また、本発明の少なくとも一つの実施形態では、部品点数を削減して、小型化ならびに低コスト化を達成することができる。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、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すべてが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

（第１の実施形態）
まず、本発明が適用される好適な電子機器の例、ならびに、無接点電力伝送技術の原理について説明する。

（電子機器の例と無接点電力伝送の原理）
図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は、無接点電力伝送手法が適用される電子機器の例ならびに誘導トランスを用いた無接点電力伝送の原理を説明するための図である。
図１（Ａ），図１（Ｂ）に示されるように、送電側電子機器である充電器（クレードル）５００は、送電装置（送電側制御回路（送電側制御ＩＣ）を含む送電モジュール等）１０を有する。

また、この充電器（クレードル）５００は、送電開始または送電停止の契機（きっかけ、トリガ）を与えるスイッチ（ＳＷ）と、充電器の送電時（動作時）に点灯する表示部（ＬＥＤ等）１６と、を有する。

図１（Ａ）の充電器（クレードル）５００では、スイッチ（ＳＷ）は、受電側電子機器（携帯電話機）５１０が搭載される領域外に設けられている。携帯電話機５１０の充電を希望するユーザは、指でスイッチ（ＳＷ）を押下し、これを契機（きっかけ）として、送電装置１０からの送電（位置検出やＩＤ認証を行うための仮送電：後述）が開始される。また、送電（仮送電ならびに本送電を含む）中において、スイッチ（ＳＷ）が押下されると、送電は強制的に停止される。

スイッチ（ＳＷ）としては、例えば機械式のモメンタリスイッチを使用することができる。但し、これに限定されるものではなく、リレースイッチやマグネット式のスイッチ等、各種のスイッチを使用することができる。

また、図１（Ｂ）の充電器（クレードル）５００では、スイッチ（ＳＷ）は、受電側電子機器（携帯電話機）５１０が搭載される領域内に設けられている。よって、携帯電話機５１０が充電器（クレードル）５００上に載置されると、充電器（クレードル）５００の自重によってスイッチ（ＳＷ）は自動的に押下（オン）される。これを契機（きっかけ）として、充電器（クレードル）５００からの送電（位置検出やＩＤ認証を行うための仮送電：後述）が開始される。

また、送電（仮送電ならびに本送電を含む）中において、スイッチ（ＳＷ）が再度、押下されると（例えば、携帯電話機５１０が持ち上げられた後、着地することによってスイッチ（ＳＷ）が再押下されるような場合）、送電は強制的に停止される。

図１（Ｂ）の場合も、図１（Ａ）と同様に、スイッチ（ＳＷ）は送電開始の契機（きっかけ）を与えるという役割をしており、携帯電話機５１０の存在を検出するために用いられているのではない（携帯電話機５１０の取り去りは、１次コイルの誘起電圧に基づいて判定されるのが基本である：後述）。但し、このことは、スイッチ（ＳＷ）が、携帯電話機５１０の存在を検出する機能を兼ねることを排除するものではない。

受電側電子機器である携帯電話機５１０は、受電装置（受電側制御回路（受電側制御ＩＣ）を含む送電モジュール等）４０を有する。この携帯電話機５１０は、ＬＣＤなどの表示部５１２、ボタン等で構成される操作部５１４、マイク５１６（音入力部）、スピーカ５１８（音出力部）、アンテナ５２０を有する。

充電器５００にはＡＣアダプタ５０２を介して電力が供給される。この電力が、無接点電力伝送により送電装置１０から受電装置４０に送電される。これにより、携帯電話機５１０のバッテリを充電したり、携帯電話機５１０内のデバイスを動作させたりすることができる。

図１（Ｃ）に模式的に示すように、送電装置１０から受電装置４０への電力伝送は、送電装置１０側に設けられた１次コイルＬ１（送電コイル）と、受電装置４０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、本実施形態が適用される電子機器は携帯電話機５１０に限定されない。例えば腕時計、コードレス電話器、シェーバー、電動歯ブラシ、リストコンピュータ、ハンディターミナル、携帯情報端末、あるいは電動自転車などの種々の電子機器に適用できる。

特に好適な電子機器の例としては、携帯端末（携帯電話端末、ＰＤＡ端末、持ち運び可能なパーソナルコンピュータ端末を含む）や時計（ウオッチ）があげられる。本発明の受電装置は、構成が簡単で小型であるため携帯端末等への搭載も可能であり、低損失であるために、例えば、電子機器における２次電池の充電時間を短縮することが可能であり、また、発熱が低減されることから、電子機器の安全面からみた信頼性も向上する。

特に、携帯端末（携帯電話端末、ＰＤＡ端末、持ち運び可能なパーソナルコンピュータ端末を含む）は、高負荷時の充電電流量が大きく、発熱の問題も顕在化しやすい。よって、本発明が有する低損失かつ低発熱という特性を十分に活かすことが可能な機器といえる。

また、図１（Ａ），図１（Ｂ）の充電器（クレードル）５００に搭載される送電装置１０は、スイッチ（ＳＷ）がオンされるまで、送電は一切、行わないため、無駄な電力消費が生じない。

また、送電装置１０は、受電装置４０から満充電通知を受信すると送電を停止して、スイッチ（ＳＷ）のオンを待つ状態（初期状態）に戻る機能をもつため（後述）、この点でも、無駄な電力消費が生じない。

したがって、図１（Ａ），図１（Ｂ）の送電装置１０では、徹底した消費電力の削減を図ることができる。

（送電装置および受電装置の構成例）
図２は、送電装置、受電装置を含む無接点電力伝送システムにおける、各部の具体的な構成の一例を示す回路図である。

図示されるように、送電装置１０は、送電制御装置２０と、送電部１２と、波形モニタ回路１４と、を有する。また、送電制御装置２０は、送電側制御回路２２と、発振回路２４と、ドライバ制御回路２６と、波形検出回路２８と、を有する。

また、受電装置４０には、受電部４２と、負荷変調部４６と、給電制御部４８とが設けられている。また、本負荷９０は、充電制御装置９２とバッテリ（２次電池）９４が含まれる。以下具体的に説明する。

充電器５００などの送電側の電子機器は、少なくとも図２に示される送電装置１０を含む。また、携帯電話機５１０などの受電側の電子機器は、少なくとも受電装置４０と本負荷９０を含む。

そして、図２の構成により、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２を電磁的に結合させて送電装置１０から受電装置４０に対して電力を伝送し、受電装置４０の電圧出力ノードＮＢ６から負荷９０に対して電力（電圧ＶＯＵＴ）を供給する無接点電力伝送（非接触電力伝送）システムが実現される。

送電装置１０（送電モジュール、１次モジュール）は、１次コイルＬ１、送電部１２、波形モニタ回路１４、表示部１６、送電制御装置２０を含むことができる。なお、送電装置１０や送電制御装置２０は図２の構成に限定されず、その構成要素の一部（例えば表示部、波形モニタ回路）を省略したり、他の構成要素を追加したり、接続関係を変更するなどの種々の変形実施が可能である。

送電部１２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、１次コイルＬ１に供給する。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、１次側機器と２次側機器との間の情報伝送の原理を説明するための図である。１次側から２次側への情報伝達には周波数変調が利用される。また、２次側から１次側への情報伝達には負荷変調が利用される。

図３（Ａ）に示されるように、例えば、データ「１」を送電装置１０から受電装置４０に対して送信する場合には、周波数ｆ１の交流電圧を生成し、データ「０」を送信する場合には、周波数ｆ２の交流電圧を生成する。また、図３（Ｂ）に示すように、受電装置４０は、負荷変調によって低負荷状態／高負荷状態を切り換えることができ、これによって、「０」，「１」を１次側（送電装置１０）に送信することができる。

図２の送電部１２は、１次コイルＬ１の一端を駆動する第１の送電ドライバと、１次コイルＬ１の他端を駆動する第２の送電ドライバと、１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１２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（あるいはバッファ回路）であり、送電制御装置２０のドライバ制御回路２６により制御される。

１次コイルＬ１（送電側コイル）は、２次コイルＬ２（受電側コイル）と電磁結合して電力伝送用トランスを形成する。例えば、電力伝送が必要なときには、図１に示すように、充電器５００の上に携帯電話機５１０を置き、１次コイルＬ１の磁束が２次コイルＬ２を通るような状態にする。一方、電力伝送が不要なときには、充電器５００と携帯電話機５１０を物理的に離して、１次コイルＬ１の磁束が２次コイルＬ２を通らないような状態にする。

１次コイルＬ１と２次コイルＬ２としては、例えば、絶縁された単線を同一平面内で渦巻き状に巻いた平面コイルを用いることができる。但し、単線を縒り線に代え、この縒り線（絶縁された複数の細い単線を縒り合わせたもの）を渦巻き状に巻いた平面コイルを用いてもよい。

波形モニタ回路１４は、１次コイルＬ１の誘起電圧を検出する回路であり、例えば、抵抗ＲＡ１、ＲＡ２や、ＲＡ１とＲＡ２の接続ノードＮＡ３とＧＮＤ（広義には低電位側電源）との間に設けられるダイオードＤＡ１を含む。具体的には、１次コイルの誘起電圧を抵抗ＲＡ１、ＲＡ２で分圧することによって得られた信号ＰＨＩＮが、送電制御装置２０の波形検出回路２８に入力される。

表示部１６は、無接点電力伝送システムの各種状態（電力伝送中、ＩＤ認証等）を、色や画像などを用いて表示するものであり、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＣＤ（液晶表示装置）などにより実現される。

送電制御装置２０は、送電装置１０の各種制御を行う装置であり、集積回路装置（ＩＣ）などにより実現できる。この送電制御装置２０は、送電側制御回路２２と、発振回路２４と、ドライバ制御回路２６と、波形検出回路２８と、を含む。

また、送電側制御回路２２は、送電装置１０や送電制御装置２０の制御を行うものであり、例えば、ゲートアレイやマイクロコンピュータなどにより実現できる。

具体的には、送電側制御回路２２は、電力伝送、負荷検出、周波数変調、異物検出、あるいは着脱検出などに必要な各種のシーケンス制御や判定処理を行う。上述のとおり、送電側制御回路２２は、スイッチ（ＳＷ）のオンを契機として、受電装置４０に対する、位置検出やＩＤ認証用の仮送電を開始する（後述）。

発振回路２４は、例えば、水晶発振回路により構成され、１次側のクロックを生成する。ドライバ制御回路２６は、発振回路２４で生成されたクロックや制御回路２２からの周波数設定信号などに基づいて、所望の周波数の制御信号を生成し、送電部１２の送電ドライバ（不図示）に出力し、その送電ドライバの動作を制御する。

波形検出回路２８は、１次コイルＬ１の一端の誘起電圧に相当する信号ＰＨＩＮの波形をモニタし、負荷検出、異物検出等を行う。例えば、受電装置４０の負荷変調部４６が、送電装置１０に対してデータを送信するための負荷変調を行うと、１次コイルＬ１の誘起電圧の信号波形が、それに対応して変化する。

具体的には、図３（Ｂ）に示すように、データ「０」を送信するために、受電装置４０の負荷変調部４６が負荷を低くすると、信号波形の振幅（ピーク電圧）が小さくなり、データ「１」を送信するために負荷を高くすると、信号波形の振幅が大きくなる。したがって、波形検出回路２８は、誘起電圧の信号波形のピークホールド処理などを行って、ピーク電圧がしきい値電圧を超えたか否かを判断することで、受電装置４０からのデータが「０」なのか「１」なのかを判断できる。なお、波形検出の手法は、上述の手法に限定されない。例えば、受電側の負荷が高くなったか低くなったかを、ピーク電圧以外の物理量を用いて判断してもよい。

受電装置４０（受電モジュール、２次モジュール）は、２次コイルＬ２、受電部４２、負荷変調部４６、給電制御部４８、受電制御装置５０を含むことができる。なお、受電装置４０や受電制御装置５０は図２の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加したり、接続関係を変更するなどの種々の変形実施が可能である。

受電部４２は、２次コイルＬ２の交流の誘起電圧を直流電圧に変換する。この変換は受電部４２が有する整流回路４３により行われる。この整流回路４３は、ダイオードＤＢ１〜ＤＢ４を含む。ダイオードＤＢ１は、２次コイルＬ２の一端のノードＮＢ１と直流電圧ＶＤＣの生成ノードＮＢ３との間に設けられ、ＤＢ２は、ノードＮＢ３と２次コイルＬ２の他端のノードＮＢ２との間に設けられ、ＤＢ３は、ノードＮＢ２とＶＳＳのノードＮＢ４との間に設けられ、ＤＢ４は、ノードＮＢ４とＮＢ１との間に設けられる。

受電部４２の抵抗ＲＢ１、ＲＢ２はノードＮＢ１とＮＢ４との間に設けられる。そしてノードＮＢ１、ＮＢ４間の電圧を抵抗ＲＢ１、ＲＢ２により分圧することで得られた信号ＣＣＭＰＩが、受電制御装置５０の周波数検出回路６０に入力される。

受電部４２のコンデンサＣＢ１及び抵抗ＲＢ４、ＲＢ５は、直流電圧ＶＤＣのノードＮＢ３とＶＳＳのノードＮＢ４との間に設けられる。そしてノードＮＢ３、ＮＢ４間の電圧を抵抗ＲＢ４、ＲＢ５により分圧して得られる分圧電圧ＶＤ４は、信号線ＬＰ２を経由して、受電側制御回路５２および位置検出回路５６に入力される。位置検出回路５６に関しては、その分圧電圧ＶＤ４が、周波数検出のための信号入力（ＡＤＩＮ）となる。

負荷変調部４６は、負荷変調処理を行う。具体的には、受電装置４０から送電装置１０に所望のデータを送信する場合に、送信データに応じて負荷変調部４６（２次側）での負荷を可変に変化させ、１次コイルＬ１の誘起電圧の信号波形を変化させる。このために負荷変調部４６は、ノードＮＢ３、ＮＢ４の間に直列に設けられた抵抗ＲＢ３、トランジスタＴＢ３（Ｎ型のＣＭＯＳトランジスタ）を含む。

このトランジスタＴＢ３は、受電制御装置５０の受電側制御回路５２から信号線ＬＰ３を経由して与えられる制御信号Ｐ３Ｑによりオン・オフ制御される。本送電が開始される前の認証ステージにおいて、トランジスタＴＢ３をオン・オフ制御して負荷変調を行って送電装置に信号を送信する際には、給電制御部４８のトランジスタＴＢ２はオフにされ、負荷９０が受電装置４０に電気的に接続されない状態になる。

例えば、データ「０」を送信するために２次側を低負荷（インピーダンス大）にする場合には、信号Ｐ３ＱがＬレベルになってトランジスタＴＢ３がオフになる。これにより負荷変調部４６の負荷はほぼ無限大（無負荷）になる。一方、データ「１」を送信するために２次側を高負荷（インピーダンス小）にする場合には、信号Ｐ３ＱがＨレベルになってトランジスタＴＢ３がオンになる。これにより負荷変調部４６の負荷は、抵抗ＲＢ３（高負荷）になる。

給電制御部４８は、負荷９０への電力の給電を制御する。レギュレータ（ＬＤＯ）４９は、整流回路４３での変換で得られた直流電圧ＶＤＣの電圧レベルを調整して、電源電圧ＶＤ５（例えば５Ｖ）を生成する。受電制御装置５０は、例えばこの電源電圧ＶＤ５が供給されて動作する。

また、レギュレータ（ＬＤＯ）４９の入力端と出力端との間には、ＰＭＯＳトランジスタ（Ｍ１）からなるスイッチ回路が設けられている。このスイッチ回路としてのＰＭＯＳトランジスタ（Ｍ１）をオンすることによって、レギュレータ（ＬＤＯ）４９をバイパスする経路が形成される。例えば、高負荷時（例えば、消耗が激しい２次電池の充電の初期においては、ほぼ一定の大電流を定常的に流すことが必要となり、このようなときが高負荷時に該当する）においては、レギュレータ４９自体の等価インピーダンスによって電力ロスが増大し、発熱も増大することから、レギュレータを迂回して、バイパス経路を経由して電流を負荷に供給するようにする。

スイッチ回路としてのＰＭＯＳトランジスタ（Ｍ１）のオン／オフを制御するために、パイパス制御回路として機能するＮＭＯＳトランジスタ（Ｍ２）およびプルアップ抵抗Ｒ８が設けられている。

受電側制御回路５２から、信号線ＬＰ４を介して、ハイレベルの制御信号がＮＭＯＳトランジスタ（Ｍ２）のゲートに与えられると、ＮＭＯＳトランジスタ（Ｍ２）がオンする。すると、ＰＭＯＳトランジスタ（Ｍ１）のゲートがローレベルになり、ＰＭＯＳトランジスタ（Ｍ１）がオンしてレギュレータ（ＬＤＯ）４９をバイパスする経路が形成される。一方、ＮＭＯＳトランジスタ（Ｍ２）がオフ状態のときは、ＰＭＯＳトランジスタ（Ｍ１）のゲートは、プルアップ抵抗Ｒ８を介してハイレベルに維持されるため、ＰＭＯＳトランジスタ（Ｍ１）はオフし、バイパス経路は形成されない。

ＮＭＯＳトランジスタ（Ｍ２）のオン／オフは、受電制御装置５０に含まれる受電側制御回路５２によって制御される。

また、トランジスタＴＢ２（Ｐ型のＣＭＯＳトランジスタ）は、電源電圧ＶＤ５の生成ノードＮＢ５（レギュレター４９の出力ノード）とノードＮＢ６（受電装置４０の電圧出力ノード）との間に設けられ、受電制御装置５０の受電側制御回路５２からの信号Ｐ１Ｑにより制御される。具体的には、トランジスタＴＢ２は、ＩＤ認証が完了（確立）して通常の電力伝送（すなわち、本送電）を行う場合にはオン状態となる。

なお、電源電圧生成ノードＮＢ５とトランジスタＴＢ２のゲートのノードＮＢ８との間にはプルアップ抵抗ＲＵ２が設けられる。

受電制御装置５０は、受電装置４０の各種制御を行う装置であり、集積回路装置（ＩＣ）などにより実現できる。この受電制御装置５０は、２次コイルＬ２の誘起電圧から生成される電源電圧ＶＤ５により動作することができる。また、受電制御装置５０は、制御回路５２（受電側）、出力保証回路５４、位置検出回路５６、発振回路５８、周波数検出回路６０、満充電検出回路６２を含むことができる。

受電側制御回路５２は、受電装置４０や受電制御装置５０の制御を行うものであり、例えば、ゲートアレイやマイクロコンピュータなどにより実現できる。この受電側制御回路５２は、シリーズレギュレータ（ＬＤＯ）４９の出力端の定電圧（ＶＤ５）を電源として動作する。この電源電圧（ＶＤ５）は、電源供給線ＬＰ１を経由して、受電側制御回路５２に与えられる。

この受電側制御回路５２は、具体的には、ＩＤ認証、位置検出、周波数検出、満充電検出、認証用の通信のための負荷変調、異物挿入検出を可能とするための通信のための負荷変調などに必要な各種のシーケンス制御や判定処理を行う。

位置検出回路５６は、２次コイルＬ２の誘起電圧の波形に相当する信号ＡＤＩＮの波形を監視して、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２の位置関係が適正であるかを判断する。

具体的には、信号ＡＤＩＮをコンパレータで２値に変換して、位置関係が適正であるか否かを判断する。

発振回路５８は、例えばＣＲ発振回路により構成され、２次側のクロックを生成する。周波数検出回路６０は、信号ＣＣＭＰＩの周波数（ｆ１、ｆ２）を検出して、送電装置１０からの送信データが「１」なのか「０」なのかを判断する。

満充電検出回路６２（充電検出回路）は、負荷９０のバッテリ９４が、満充電状態（充電状態）になったか否かを検出する回路である。具体的には満充電検出回路６２は、例えば、充電状態の表示に使用されるＬＥＤＲのオン・オフを検出することによって、満充電状態を検出する。すなわち、所定時間（例えば５秒）連続でＬＥＤＲが消灯した場合に、バッテリ９４が満充電状態（充電完了）であると判断する。

また、負荷９０内の充電制御装置９２も、ＬＥＤＲの点灯状態に基づいて満充電状態を検出することができる。

また、負荷９０は、バッテリ９４の充電制御等を行う充電制御装置９２を含む。充電制御装置９２は、発光装置（ＬＥＤＲ）の点灯状態に基づいて満充電状態を検出することができる。この充電制御装置９２（充電制御ＩＣ）は集積回路装置などにより実現できる。なお、スマートバッテリのように、バッテリ９４自体に充電制御装置９２の機能を持たせてもよい。なお、本負荷９０は、２次電池に限定されるものではない。例えば、所定の回路が動作することによって、その回路が本負荷となる場合もあり得る。

（送電装置の動作の概要）
図４は、送電装置の動作の一例の概要を示すフロー図である。太い点線で囲んで示されるように、送電装置１０の動作は、送電前の「送電対象の確認（ステップＳＡ）」と、「送電中（送電前を含む）における送電環境の確認（ステップＳＢ）」に大別される。

上述のとおり、送電装置１０は、スイッチ（ＳＷ）のオンを契機として仮送電を開始する（ステップＳ１，Ｓ２）。

次に、受電側機器（５１０）のセット位置が適正であるかを確認し（ステップＳ３）、受電側機器５１０（受電装置４０）のＩＤ認証を実行して、適切な送電対象であるか否かを判定する（ステップＳ４）。ＩＤ認証の際、複数回の再トライを許容することによって、偶発的なＩＤ認証ミスによって、ユーザが、スイッチ（ＳＷ）の再オンを余儀なくされることが防止され、ユーザの利便性が向上する。

位置検出またはＩＤ認証に失敗すると（ステップＳ５）、仮送電を停止してスイッチオン待ちの初期状態（つまりステップＳ１を待つ状態）に戻る。

なお、位置検出は、図２の受電装置４０内の位置検出回路５６が、２次コイル（Ｌ２）の誘起電圧を整流して得られる直流電圧（ＡＤＩＮ）に基づいて判定する。

図１０は、位置検出の原理を説明するための図である。図１０に示すように、１次コイル（Ｌ１）と２次コイル（Ｌ２）の位置関係に応じて、ＰＨＩＮの波形（波高）ならびにＡＤＩＮの電圧レベルが変化する。

例えば、ＡＤＩＮに基づいて位置検出を行う場合、受電側機器のセット位置が不適のときは、所定レベル（Ｖ３レベル）の直流電圧（ＡＤＩＮ）が得られないことから位置不適と判定され、その位置検出結果は、例えば、受電側から送電側に負荷変調を用いて伝達することができる。また、仮送電を受けてから所定時間内にＩＤ認証情報を送電側に送信しないことで、位置不適合を併せて伝達するようにしてもよい。

図４に戻って説明を続ける。図４において、ＩＤ認証後に、本送電（充電送電）を開始する（ステップＳ６）。本送電中には、金属異物検出（ステップＳ７）、定期負荷変動検出による乗っ取り状態の検出を実行し（ステップＳ８，Ｓ９）、また、受電側機器の取り去り（リーブ）検出を実行し（ステップＳ１０）、さらにスイッチの強制オフ検出（ステップＳ１１）、満充電通知（送電停止要求）検出を実行する（ステップＳ１２）。いずれかの検出が確認されると（ステップＳ１３）、本送電をオフして（ステップＳ１４）、初期状態（ステップＳ１を待つ状態）に戻る。

金属異物検出（ステップＳ７）ならびに取り去り検出（ステップＳ１０）は、１次コイル（Ｌ１）の誘起電圧信号の波形変化に基づいて検出することができる。図１１（Ａ）〜図１１（Ｆ）は、金属異物（導電性異物）検出の原理を説明するための図である。図１１（Ｂ）〜（Ｆ）は、１次コイルと金属異物（小中程度の導電性異物）ＭＥＴとの相対位置に応じて、図１１（Ａ）に示される１次コイル（Ｌ１）の誘起電圧信号（Ｖ（ＮＡ２））がどのように変化するかを示している。図示されるように、金属異物（ＭＥＴ）がまったく無い状態（図１１（Ｆ））と、金属異物（ＭＥＴ）が存在する状態（図１１（Ｂ）〜（Ｅ））とでは、Ｖ（ＮＡ２）の波形（振幅）は明らかに異なる。よって、１次コイル（Ｌ１）の誘起電圧信号Ｖ（ＮＡ２）の波形を波形モニタ回路１４（図２参照）によってモニタすることによって、金属異物（ＭＥＴ）を検出することができる。なお、「波形をモニタする」ことには、振幅をモニタする場合の他、例えば、電流と電圧の位相をモニタする場合等も含まれる。

図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）は、取り去り検出の原理を説明するための図である。図１２（Ａ）に示すように、受電側機器５１０がセットされているときは、１次コイル（Ｌ１）の誘起電圧信号Ｖ（ＮＡ２）の波形は、図１２（Ｂ）に示すようになる。一方、図１２（Ｃ）に示すように、受電側機器５１０が取り去られたとき（リーブ時）には、１次コイル（Ｌ１）の誘起電圧信号Ｖ（ＮＡ２）の波形は、図１２（Ｄ）に示すようになり、その波形（振幅）は明らかに、図１２（Ｂ）の波形とは区別される。よって、１次コイル（Ｌ１）の誘起電圧信号Ｖ（ＮＡ２）の波形を波形モニタ回路１４（図２参照）によってモニタすることによって、取り去り（リーブ）を検出することができる。

なお、乗っ取り状態の検出（図４のステップＳ９）は、受電側の間欠的（例えば定期的）な負荷変調信号を、送電側で検出できるか否かによって検出することができる（この点は、図１３〜図１７を用いて後述する）。

（送電側制御回路の構成の一例）
図５は、送電側制御回路の構成の一例を示す回路図である。図示されるように、送電側制御回路２２は、ロジック回路１００を有する。

ロジック回路１００は、スイッチＳＷのオン／オフに伴って生じるノイズを除去するノイズ除去回路１０２と、現在の状態が送電状態であるか、あるいは初期状態であるかを記憶するためのフリップフロップ（Ｆ／Ｆ）１０４と、位置検出部１０６と、ＩＤ認証部１０８と、取り去り検出部１１０と、異物検出部１１２（乗っ取り状態検出部１１４を含む）と、満充電通通知（送電停止要求）検出部１１６と、各部の検出結果に基づいて、送電のオン／オフを制御する送電制御部１１８と、を有する。

（無接点電力伝送システムの基本シーケンス例）
図６は、無接点電力伝送システムの基本シーケンス例を示す図である。左側に示されるように、送電側電子機器（送電側機器）５００にはスイッチＳＷが設けられている。ユーザは、受電側電子機器（受電側機器）５１０を所定位置にセットしてスイッチＳＷを押下する。これによって生じるエッジ（例えばネガティブエッジＮＴ）をトリガ（契機）として、送電装置１０からの仮送電が開始され（Ｓ２０）、位置検出がなされ（ステップＳ２１）、位置が不適ならば仮送電が停止される（ステップＳ２２）。

受電側機器５１０のセット位置が適切ならば、ＩＤ認証が実行される（ステップＳ２３）。すなわち、ＩＤ認証情報（メーカ情報、機器ＩＤ番号、定格情報等）が受電側機器から送電側機器に送信される。偶発的にＩＤ認証が不可になる場合もあり得ることから、ユーザの利便性を考慮して（何度もスイッチＳＷを再オンする手間を省くために）、所定回数（例えば３回）の再トライを許容し、連続して失敗した場合（ＮＧの場合）にＩＤ認証失敗と判定することが好ましい（ステップＳ２４）。

ＩＤ認証後に、送電装置１０は、受電装置４０に対して本送電を開始する（ステップＳ２６）。本送電期間中において、スイッチ（ＳＷ）の押下（強制オフ）が検出されると（ステップＳ２７）、本送電が停止されて初期状態に戻る（ステップＳ２８）。

また、上述のとおり、取り去り検出（ステップＳ２９），金属異物検出（ステップＳ３０），２次側の定期負荷認証（２次側負荷軽減処理を含む：ステップＳ３１）、乗っ取り状態検出（ステップＳ３２）が実行され、いずれかが検出されたときには、本送電が停止される（ステップＳ３３）。なお、２次側における定期負荷認証に伴う負荷軽減とは、本負荷（バッテリ等）が重い状態で負荷変調をしても、１次側でその変調信号をうまく受信できない場合があるため、負荷変調をするときに本負荷への給電を絞り（あるいは停止させ）、本負荷の負荷状態を見かけ上、強制的に軽減させる処理のことである（この点については、図１７を用いて詳述する）。

図６において、受電装置４０は、満充電を検出すると満充電通知（セーブフレーム：送電停止要求フレーム）を作成して送電側に送信する（ステップＳ３４）。送電装置１０は、満充電通知（送電停止要求フレーム）を検出すると（ステップＳ３５）、本送電をオフして初期状態に戻る（ステップＳ３６）。

図７は、図６のシーケンスを実行する無接点電力伝送システムの状態遷移を示す状態遷移図である。図示されるように、システムの状態は、初期状態（アイドル状態：ＳＴ１），位置検出状態（ＳＴ２），ＩＤ認証状態（ＳＴ３），送電（本送電）状態（ＳＴ４），定期負荷認証状態（ＳＴ５）（ならびに負荷軽減状態（ＳＴ６））の状態に大別される。

スイッチオン（Ｑ１）によってＳＴ１からＳＴ２に遷移し、位置検出ＮＧのときに、ＳＴ１に戻る（Ｑ２）。位置検出ＯＫならばＳＴ３に遷移し（Ｑ３）、ＩＤ認証が複数回連続して失敗するかをウオッチングし（Ｑ４）、連続してＮＧならば（Ｑ５）ＳＴ１に戻る。ＩＤ認証ＯＫならば（Ｑ６）、ＳＴ４に遷移する。

本送電状態では、ＳＷオフ検出（Ｑ７），取り去り検出（Ｑ１２），金属検出（Ｑ１０），乗っ取り状態検出（Ｑ１７），満充電検出（Ｑ１４）が実行され、いずれかが検出されると初期状態に復帰する（Ｑ８，Ｑ９，Ｑ１１，Ｑ１３，Ｑ１５）。

図６の基本シーケンスを実行する無接点電力伝送システムでは、スイッチのオンを契機として送電を開始し、それまでは一切の送電を行わないため低消費電力化、安全性の向上を図ることができる。また、満充電通知（送電停止要求）を受信すると送電を停止して初期状態（スイッチオン待ち状態）に戻るため、ここでも無駄な送電は一切、生じず、低消費電力化、安全性の向上が図られる。

また、ＩＤ認証を本送電の条件とすることから、不適切な機器に送電が行われることがなく、信頼性および安全性が向上する。

また、本送電中において、各種の検出動作（取り去り検出，金属異物検出，２次側の定期負荷認証に基づく乗っ取り状態検出、満充電検出））が実行され、いずれかが検出されたときには、本送電が速やかに停止されて初期状態に戻るため、不必要な送電は一切、生じず、異物に対しても万全の対策が施されることになるため、極めて高い信頼性（安全性）をもつシステムが実現される。

図８および図９は、図６の基本シーケンスを実行する無接点電力伝送システムの動作例を示すフロー図である。図８および図９において、左側には１次側の動作フローが示され、右側に２次側の動作フローが示される。

図８に示されるように、スイッチＳＷがオンされると（ステップＳ４０）、送電側から仮送電が開始され（例えば伝送周波数はｆ１である：ステップＳ４１）、タイマによるカウントが開始される（ステップＳ４２）。

受電側では、仮送電を受けると、停止状態（ステップＳ６０）からパワーオン状態に移行し（ステップＳ６１）、位置レベルの判定（位置検出）が実行される。位置レベルＮＧならば、初期状態（ステップＳ６０）に戻り、ＯＫならば、ＩＤ認証フレームの作成（Ｓ６３）、ＩＤ認証フレームの送信（ステップＳ６４）が実行される。

送電側では、ＩＤ認証フレームの受信処理（ステップＳ４４）ならびにタイムアウト判定（ステップＳ４３）を行い、ＩＤ認証フレームを所定時間内に受信できない場合には、送電を停止する（ステップＳ４９）。

一方、ＩＤ認証フレームを所定時間内に受信できた場合には、フレーム認証処理を実行し（ステップＳ４５）、認証ＯＫならば許諾フレームを受電側に送信し（ステップＳ４７）、認証ＮＧの場合には送電を停止する（ステップＳ４９）。

受電側は、送電側からの許諾フレームを検証し（ステップＳ６５）、スタートフレームを送電側に送信する（ステップＳ６６）。

送電側では、スタートフレームを検証し（ステップＳ４８）、定期負荷変動（乗っ取り状態検出用）の検出をオンさせ（ステップＳ４９）、充電送電（本送電）を開始する（ステップＳ５０）。

受電側では、充電送電（本送電）を受けて、本負荷（例えばバッテリ）の充電を開始する（ステップＳ６７）。

続いて、図９を用いて、その後のフローを説明する。送電側では、取り去り、金属異物、乗っ取り状態、スイッチオフの各検出を実行しつつ（ステップＳ７０）、受電側からの満充電通知（送電停止要求）を待つ（ステップＳ７１）。

受電側では、本負荷の充電を行いつつ、乗っ取り検出のための定期負荷変調を実行し（ステップＳ８０）、また、本負荷の満充電を検出する（ステップＳ８１）。満充電が検出されると、送電側に、満充電通知フレーム（セーブフレーム：送電停止要求）を送信する（ステップＳ８２）。

送電側では、受電側からの満充電通知フレーム（セーブフレーム：送電停止要求）を受信すると、定期負荷変動検出をオフして（ステップＳ７２）、送電を停止する（ステップＳ７３）。

（第２の実施形態）
本実施形態では、乗っ取り状態の検出（乗っ取り発熱対策）について具体的に説明する。

（乗っ取り発熱対策）
機器の認証が完了して本送電が開始された後に、１次コイルと２次コイルとの間に大面積の異物が挿入される場合があり得る。図１１を用いて説明したように、小中程度の金属異物の存在は、１次コイル（Ｌ１）の誘起電圧を監視することによって検出することができる。

但し、図１３（Ａ），（Ｂ）に示すように、１次側機器と２次側機器との間に、１次コイルと２次コイルを遮断するような大面積の金属異物（例えば、薄い金属板）が挿入された場合、１次側からの送電エネルギは、その金属異物で消費される（つまり、その金属異物が負荷となる）ことから、１次側からみると、本負荷（２次側機器）が常に存在しているようにみえる。よって、例えば、２次側機器が取り去られても、図１２を用いて説明したような１次コイルの誘起電圧に基づく取り去り検出ができない場合が生じ得、この場合には、２次側機器がないにもかかわらず、１次側からの送電が継続され、金属異物が高温度に達してしまう。

このように、大面積の金属異物が、本来の２次側機器に取って代わってしまう現象を、本明細書では「乗っ取り」ということにする。無接点電力伝送システムの安全性、信頼性を実用レベルにまで高めるためには、このような「乗っ取り発熱」に対しても十分な対策を施す必要がある。

異物が挿入される場合としては、偶発的になされる場合と、悪意をもってなされる場合とが想定される。異物が挿入されると、発熱が生じて、火傷、機器の損傷や破壊の危険性が生じるため、無接点電力伝送システムでは、異物挿入に対する安全対策の徹底が求められる。以下、乗っ取り発熱対策について、具体的に説明する。

図１３（Ａ），図１３（Ｂ）は、本送電開始後の異物挿入（乗っ取り状態）について説明するための、無接点電力伝送システムを構成する電子機器の断面図である。

図１３（Ａ）では、クレードル５００（送電装置１０を備える電子機器）上の所定位置に、携帯電話端末５１０（受電装置４０を備える電子機器）がセットされており、この状態で、１次コイルと２次コイルを経由して、クレードル（充電台）５００から携帯電話端末５１０に無接点電力伝送がなされ、携帯電話端末５１０に内蔵される２次電池（例えば電池パック）の充電が行われている。

図１３（Ｂ）では、本送電時において、悪意により、クレードル（充電台）５００と携帯電話端末５１０との間に、薄い板状の金属の異物（導電性の異物）ＡＲが差し込まれる。異物ＡＲが挿入されると、１次側の機器（クレードル５００）から２次側の機器（携帯電話端末５１０）に供給される電力のほとんどは、異物（ＡＲ）において消費され（すなわち、送電電力の乗っ取りが生じ）、異物ＡＲが発熱する危険性が高くなる。そこで、図１３（Ｂ）のような状態となったときには、１次側の機器（クレードル５００）に含まれる送電装置１０が異物ＡＲの挿入を検出して、本送電をただちに停止する必要がある。

しかし、図１１を用いて説明したような金属異物の検出方法では、図１３（Ｂ）のような乗っ取り状態を十分に把握することはむずかしい。

例えば、受電装置側の負荷が大きいときは、１次コイル（Ｌ１）に誘起される電圧の振幅が増大し、受電装置側の負荷が小さくなれば、１次コイル（Ｌ１）に誘起される電圧の振幅は小さくなる。携帯電話端末５１０の２次電池９４が正常に充電されれば、時間経過と共に、受電装置４０側の負荷は徐々に減少していくはずである。ここで、突然、受電装置４０側の負荷が増大したとすると、送電装置１０は、受電装置４０側の負荷変動を監視しているため、負荷が急に増大したことは検知できる。しかし、その負荷の増大が、本負荷（携帯電話端末の２次電池９４）に起因して生じたものなのか、携帯電話端末５１０とクレードル５００との間の位置ずれに起因するものなのか、あるいは、異物挿入に起因するものなのかを判定することができない。よって、送電装置１０が、単に、受電装置４０側の負荷変動を検出するという手法では、異物挿入を検出することができない。

そこで、本発明では、本送電中において、本負荷（２次電池等）への電力供給を継続させつつ、受電装置４０が、送電装置１０からみた負荷を間欠的に意図的に変化させ（定期負荷変調動作）、送電装置１０に対して情報を発信する。

この間欠的な負荷変化による情報を、送電装置１０が所定タイミングで検出できた場合には、以下のことが証明される。
（１）受電装置１０側の機器（携帯電話機５１０）が送電装置１０側の機器（クレードル５００）上に正確にセットされている。
（２）受電装置１０側の機器（携帯電話端末５１０の２次電池を含む）は正常に動作している。
（３）異物ＡＲが挿入されていない。

一方、本送電時において異物ＡＲが挿入されると、受電装置４０から発信される情報は、その異物ＡＲに阻害されて送電装置１０に到達しなくなる。すなわち、送電装置１０では、受電装置側の間欠的な負荷変化(例えば、定期的な負荷変化)を検出することができなくなる。上述の（１）〜（３）が確認された後に、間欠的な負荷変化が検出されなくなることの要因としては、上述の（３）の要因が最も疑われる。つまり、異物ＡＲが挿入されたために、間欠的な負荷変化を検出できなくなったと判定することが可能である。

図１４（Ａ），図１４（Ｂ）は、異物挿入を検出可能とするために、受電装置側の負荷を間欠的に変化させる場合の具体的な態様を説明するための図である。

図１４（Ａ）では、受電装置側の負荷の間欠的な変化の様子を、２次電流（２次コイルＬ２に流れる電流）の変化によって表している。図示されるように、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５・・・において、間欠的に受電装置側の負荷が変化している。

具体的には、図１４（Ａ）では、周期Ｔ３で負荷が変化している。また、例えば時刻ｔ１を起点とした期間Ｔ２では、負荷が軽くなり、その後の期間Ｔ１では負荷が重くなる。このような周期的な変化が、周期Ｔ３で繰り返される。

図１４（Ｂ）は、２次負荷電流の変化に対する１次コイル電圧（一次コイルの一端の誘起電圧）の変化を示している。上述のとおり、期間Ｔ１は２次側の負荷が重く、期間Ｔ２では負荷が軽い。この２次側の負荷の変化に応じて、１次コイル（Ｌ１）の一端の誘起電圧（１次コイル電圧）の振幅（ピーク値）が変化する。すなわち、負荷が重い期間Ｔ１では振幅が大きく、負荷が軽い期間Ｔ２では振幅が小さくなる。したがって、送電装置１０では、波形検出回路２８（図２参照）によって、例えば、１次コイル電圧のピーク検出を行うことによって、受電装置４０側の負荷変動を検出することができる。但し、負荷変動の検出方法はこの方法に限定されるものではなく、例えば、１次コイル電圧や１次コイル電流の位相を検出してもよい。

負荷変調は、例えば、トランジスタのスイッチングによって簡単に行うことができ、また、１次コイルのピーク電圧の検出等は、アナログやデジタルの基本的な回路を用いて精度良く行うことができ、機器への負担が少なく、実現が容易である。また、実装面積の抑制やコスト面でも有利である。

このように、本送電時において、受電装置４０が、間欠的（かつ周期的）な負荷変調による情報発信を行い、送電装置１０がその負荷変動を検出するという新規な方式を採用することによって、特別な構成を付加することなく、簡単な方法でもって異物挿入を高精度に検出することができる。

（異物挿入検出の具体例）
図１５は、図２に示される無接点電力伝送システムの中から、異物挿入（乗っ取り状態）の検出に関係する主要な構成を抜き出して示す回路図である。図１５において、図２と共通する部分には同じ参照符号を付してある。また、図１５において、異物挿入検出において重要な役割を果たす部分は太線で示している。

図１５に示される受電装置４０において注目すべき回路構成は、負荷変調部４６（図２参照）を構成する負荷変調用トランジスタＴＢ３、給電制御部４８（図２参照）を構成する給電制御トランジスタＴＢ２、両トランジスタ（ＴＢ２，ＴＢ３）のオン／オフを制御する受電制御回路５２である。また、シリーズレギュレータ（ＬＤＯ）４９の入力端および出力端の電圧が、信号線ＬＰ２およびＬＰ１を経由して受電制御回路５２に入力されており、ＬＤＯ４９の両端電圧を監視することによって、負荷９０に含まれるバッテリ（２次電池）９４の負荷状態（負荷の軽重）を検出できるようになっている点も重要である。

また、送電装置１０（図２参照）では、送電制御装置２０の構成である。すなわち、波形検出回路２８によって１次コイル（Ｌ１）の誘起電圧のピーク値（振幅）が検出される点、送電制御回路２２によって受電装置４０側の負荷変動が検出される点は重要である。

図１５において、受電装置４０は、本送電（認証後の連続送電）中に負荷変調を行い、送電装置１０に対して、異物検出用パターンＰＴ１を送信し、送電装置１０の送電側制御回路２２は、本送電中に受電装置４０側の負荷変化を監視し（連続的監視でも間欠的監視でもよい）、その異物検出パターンＰＴ１が受信できくなったときに、異物ＡＲが挿入されたと判定して、本送電を停止する。

（異物検出パターンＰＴ１の具体的な態様）
図１６（Ａ），図１６（Ｂ）は異物検出を可能とするための負荷変調の好適かつ具体的な態様を説明するための図であり、（Ａ）は負荷変調のタイミング例を示す図であり、（Ｂ）は送電装置によって検出される受電装置側の負荷変動の様子を具体的に示す図である。

図１６（Ａ）に示されるように、異物検出を可能とするための負荷変調は、例えば、１０秒（１０ｓｅｃ）周期で周期的（定期的）に行われる。

また、時刻ｔ１〜ｔ６および時刻ｔ７〜ｔ１２が、異物検出を可能とするための負荷変調が実行される期間である。時刻ｔ１〜ｔ６まで（時刻ｔ７〜ｔ１２まで）が０．５秒（０．５ｓｅｃ）であり、０．５秒を５等分した０．１秒（１００ｍｓｅｃ）を単位として、負荷の軽重が切換えられる。

図１６（Ａ）において、太線の双方の矢印で示される期間は負荷が重い期間である。すなわち、時刻ｔ１〜ｔ２，時刻ｔ３〜ｔ４，時刻ｔ５〜ｔ６，時刻ｔ７〜ｔ８，時刻ｔ９〜ｔ１０，時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２の各期間において負荷が重くなる。負荷が重くなる期間がＴＡである。

一方、時刻ｔ２〜ｔ３，時刻ｔ４〜ｔ５，時刻ｔ８〜ｔ９，時刻ｔ１０〜ｔ１１の各期間において負荷が軽くなる。負荷が軽くなる期間がＴＢである。

図１６（Ａ）では、明らかなように、本送電中における受電装置側の負荷の間欠的な変化が周期的（すなわち１周期毎）に実行され、かつ、１周期内において、負荷が、所定間隔で複数回、間欠的に変化する。

周期的な負荷変化とすることによって、送電装置１０と受電装置４０とが同期を確保しつつ負荷変化による情報の授受を行うことができる（すなわち、送電装置１０側で、受電装置４０側の負荷が変化するタイミングを容易に知ることができる）。

また、図１６（Ａ）では、１周期内（例えば時刻ｔ１〜ｔ７）のうちの部分的な期間（時刻ｔ１〜ｔ６）においてのみ、負荷を所定間隔で複数回、間欠的に変化させている。つまり、１周期（１０ｓｅｃ）の前半の初期期間（最初の０，５ｓｅｃ）に、負荷変調を集中的に行う。このような形式の負荷変調を行う理由は、以下のとおりである。

すなわち、本送電中における負荷変化（負荷変調）は、本負荷（図１５のバッテリ９４）への電力供給に影響を与えることがあるため、あまり頻繁に行うのは好ましくない。よって、例えば、負荷変調の１周期的をある程度、長くする（このように、周期を少々長くとっても異物検出の点では何も問題はない）。

そして、その１周期の中の部分的な期間においてのみ、所定間隔で複数回、間欠的に負荷を変化させる。部分的な期間に限定するのは、負荷変化の間隔が大きく開いてしまうと、時間経過に伴って本負荷の負荷状況が変わったり、周囲の条件が変わったりして、結果的に、送電装置による、受電装置側における間欠的な負荷変化の検出に好ましくない影響を与えることがあることを考慮したものである。つまり、例えば、１周期を長くとっておき（図１６（Ａ）では１０ｓｅｃ）、そしてその長い１周期内の、部分的な短い期間（図１６（Ａ）では０．５ｓｅｃ）において集中的に、複数回（図１６（Ａ）では５回）の間欠的な負荷変調を行う。

このような形式の負荷変調を実行することによって、本負荷（９４）への電力供給（例えば、電池パックの充電）に与える影響を最小限に抑えつつ、送電装置１０側における高い異物（ＡＲ）の検出精度を実現することができる。

図１６（Ｂ）は、送電装置からみた受電装置側の負荷に対応した、送電装置１０における１次コイル（Ｌ１）の一端の誘起電圧の振幅変化の一例を示している。但し、図１６（Ｂ）では、前半の１周期における負荷変調期（ｔ１〜ｔ６）と、後半の１周期における負荷変調期（ｔ７〜ｔ１２）では、本負荷（バッテリ９４）の負荷状態が変化しており、後半の周期において本負荷（バッテリ９４）の負荷状態は重くなり、これによって、１次コイル電圧のピーク値が増大する。

図１６（Ｂ）の時刻ｔ１〜ｔ６において、負荷が重くなる期間ＴＡにおける１次コイル電圧と、負荷が軽くなる期間ＴＢにおける１次コイル電圧との差はΔＶ１である。この１次コイル電圧の振幅差ΔＶ１から、送電装置１０の送電側制御回路２２は、受電装置４０側の負荷変化を検出することが可能である。

しかし、後半の負荷変調期間（時刻ｔ７〜ｔ１２）では、本負荷（バッテリ９４）の負荷状態が重くなり、本負荷９４の充電電流（Ｉｌｏａｄ）が増大しているため、充電電流（Ｉｌｏａｄ）に対する負荷変調に伴う変調電流（Ｉｍｏｄ）の割合が小さくなり、変調電流（Ｉｍｏｄ）のオン／オフによる１次コイル電圧の差分はΔＶ２（ΔＶ２＜ΔＶ１）に縮小してしまう。つまり、変調電流（Ｉｍｏｄ）が本負荷（バッテリ９４）の充電電流（Ｉｌｏａｄ）に埋没してしまう形となる。したがって、本負荷（バッテリ９４）が重いときは、軽いときに比べて、送電装置１０側における負荷変化の検出が難しくなるのは否めない。そこで、本実施形態では、本負荷(バッテリ９４)への電力供給を強制的に減少させて本負荷（９４）の負荷状態を軽減し、１次側にて、負荷変調による負荷変化を検出し易くする。以下、本負荷の軽減措置について説明する。

（本負荷を強制的に軽減する措置）
本発明では、本送電中において、本負荷９４への送電を停止することなく負荷変調を行うため、その負荷変調による送電装置１０側への信号の送信は、常に、本負荷９４への給電状況（つまり、本負荷の負荷状態）による影響を受ける。

上述のとおり、本負荷９４（電池パック等）に大量の充電電流を供給しているときに、負荷変調のために小さな電流をオン／オフしても、そのオン／オフ電流（Ｉｍｏｄ）の電流量は、本負荷（９４）の充電電流（Ｉｌｏａｄ）の電流量に比べて小さいために、送電装置１０側では、負荷変調による負荷変化の様子を検出することがむずかしくなる（つまり、ノイズなのか負荷変調による信号なのかの検出がしにくくなる）のは否めない。一方、本負荷９４に供給する電流が少ないとき（本負荷が軽いとき）は、負荷変調によるオン／オフ電流（Ｉｍｏｄ）の相対的な割合が増えて、送電装置１０からは、そのオン／オフによる負荷変化を把握し易くなる。

このような考察に基づいて、本実施形態では、本送電中において、受電装置４０自身が本負荷９４の負荷状態を監視し、異物検出を可能とするための負荷変調を行うときに、本負荷９４が重いとき（つまり、電流を大量に本負荷９４に供給している）ときは、本負荷９４への電力供給を強制的に低下させる措置を取る（ここで注意すべき点は、電力供給を低下させるだけであり、本負荷９４への給電は停止せず、少なくとも、本負荷９４への必要最小限の電力供給は継続される点である）。

本負荷９４への電力供給を絞ると、その本負荷９４の負荷状態が見かけ上、軽減されたことになり、送電装置１０側では、負荷変調による信号を検出し易くなり、したがって、本負荷９４が重い状態のときでも、異物検出精度は所望のレベルに維持される。また、強制的な本負荷９４の軽減を行った場合でも、本負荷９４には、少なくとも、必要な最小限の電力は常に与えられており、本負荷９４側の電子回路（充電制御装置９２）が動作できなくなるといった問題は生じない。

また、異物挿入を検出可能とするための負荷変調は、上述のとおり間欠的に行われ、かつ、その負荷変調は、本負荷９４への電力供給に与える影響を考慮して適切な間隔で実行されるものであり、強制的な負荷軽減が行われたからといって、本負荷９４への電力伝送に特段の悪影響は生じない。例えば、電池パックの充電時間が極端に長くなるような弊害は決して生じない。

このように、受電装置４０側で本負荷９４の状態を監視し、異物挿入を検出可能とするための負荷変調時に、必要ならば本負荷９４の負荷状態の強制的な軽減も併せて実行することによって、本負荷９４が重いときであっても、送電装置１０側における負荷変化の検出精度を所望レベルに維持することができる。

図１７（Ａ）〜図１７（Ｅ）は、本負荷の軽減動作を説明するための図である。具体的には図１７（Ａ）は本負荷が軽い状態を示す図であり、（Ｂ）は、本負荷が重い状態を示す図であり、（Ｃ）は、（Ｂ）に示される状態における１次コイル電圧の変化の様子を示す図であり、（Ｄ）は、給電制御トランジスタを連続的にオン／オフさせたり、半オン状態させたりして本負荷の軽減を行っている状態を示す図であり、（Ｅ）は、（Ｄ）に示される状態における１次コイル電圧の変化の様子を示す図である。

図１７（Ａ）の場合は、本負荷（バッテリ）９４が軽い（つまり、本負荷の充電電流Ｉｌｏａｄは小さい）ため、受電装置４０側で、本負荷の軽減動作を行わなくても、送電装置１０側にて、負荷変調による負荷変化を十分に検出することができる。よって、給電制御トランジスタＴＢ２は、常にオン状態である。負荷変調トランジスタＴＢ３は間欠的にオン／オフされ、これによって、負荷変調が実行される。

図１７（Ｂ）では、本負荷（バッテリ）９４が重い（つまり、本負荷の充電電流Ｉｌｏａｄは大きい）ため、変調電流（Ｉｍｏｄ）のオン／オフによる電流変化が見えにくくなる。図１７（Ｃ）に示すように、本負荷が軽い状態から重い状態に変化すると、１次コイル電圧の振幅の変化分がΔＶ１からΔＶ２に縮小し、負荷変調による負荷変化を検出しづらくなる。

そこで、図１７（Ｄ）では、負荷変調の際に、併せて本負荷の軽減動作も行う。すなわち、図１７（Ｄ）では、給電制御トランジスタＴＢ２を連続的にオン／オフする、あるいは、半オン状態とするという動作を実行する。

すなわち、給電経路に介在する給電制御トランジスタＴＢ２を連続的にオン／オフさせ、電力供給を間欠的に行うというデジタル的な手法によって、本負荷９４への電力供給を強制的に絞ることができる。トランジスタを連続的にスイッチングさせることは、デジタル回路では通常行われる動作であり、実現が容易である。また、スイッチング周波数を選択することによって、本負荷への給電電力をどの程度、削減するのかを精度良く制御することができるという利点がある。

また、アナログ的な手法を採用し、給電制御トランジスタ（ＰＭＯＳトランジスタ）のゲートに、完全オン時の電圧と完全オフ時の電圧の中間の電圧を供給し、そのＰＭＯＳトランジスタを、いわゆる半オン状態とすることによっても、本負荷９４に供給する電力を絞ることができる。ゲート電圧を制御することによって、給電制御トランジスタ（ＰＭＯＳトランジスタ）のオン抵抗を微調整することができるという利点がある。

図１７（Ｅ）において、本負荷の強制的な軽減によって、本負荷が重い状態の１次コイル電圧の振幅は、Ｖ１０からＶ２０に変化する。図中、“Ｘ”は、本負荷９４の強制的な軽減量を示している。本負荷９４の強制的な軽減によって、１次コイル電圧の振幅の変化分は、ΔＶ２（図１７（Ｃ）参照）からΔＶ３（ΔＶ３＞ΔＶ２）に拡大し、送電装置１０では、負荷変調による受電装置４０側の負荷変化を検出し易くなる。

このように、負荷変調と共に、本負荷軽減動作を併せて実行することによって、本負荷が重いときでも、送電装置側で負荷変化を確実に検出することが可能となる。

（送電装置の具体的動作）
ここでは、図１５の送電制御装置２０の具体的な動作について説明する。先に説明したように、送電制御装置２０に含まれる送電側制御回路２２の定期負荷変動検出部１４（図５参照）は、本送電時において、受電装置４０側の負荷の間欠的な変化を検出できないときに、１次コイル（Ｌ１）と２次コイル（Ｌ２）との間に異物（ＡＲ）が挿入されたもの判断して、送電を停止する。これによって、異物（ＡＲ）における発熱、やけど、あるいは機器損傷や破壊が確実に防止される。よって、無接点電力伝送システムにおいて、信頼性の高い異物挿入対策が実現される。

また、異物挿入の有無の判定には慎重を期す必要があるため、送電側制御回路２２は、複数の周期の各々毎に負荷の変化を検出し、所定数の周期にわたって連続して負荷変化を検出できないときに、１次コイルと２次コイルの間に異物が挿入されたと判断するのが好ましい。

例えば、複数の周期の各々毎に、受電装置側の負荷の変化を検出し、所定数の周期(例えば３周期)にわたって連続して負荷変化を検出できないときに、本送電を停止する。これによって、異物挿入の検出精度が高まり、例えば、偶発的な要因によって負荷変化が検出できなかったときに、誤って本送電を停止するといった事態が生じない。

なお、送電装置１０からみた受電装置４０側の負荷の変化は、１次コイル（Ｌ１）の誘起電圧の波形を検出することによって検出でき、この波形検出は、波形検出回路２２によって行うことができる。

上述のとおり、１次コイル（Ｌ１）の誘起電圧の波形のピーク値（振幅）は、受電装置４０側の負荷が重いときは増大し、低いときは減少するため、波形のピーク検出によって受電装置４０側の負荷変化を検出することができる。但し、この検出方法に限定されるものではなく、他の方法、例えば、１次コイルの誘起電圧や電流の位相を検出する方法を採用することもできる。

このように、本実施形態によれば、定期負荷認証による異物挿入（乗っ取り）検出を行う機能をもった、新規な送電装置１０が実現される。本実施形態によれば、部品点数を抑制しつつ、簡単な信号処理によって、１次コイルと２次コイルとの間への異物の挿入を高精度に検出することを可能とし、無接点電力伝送における高信頼度の安全対策を実現することができる。

また、定期負荷認証による送電停止機能は、乗っ取り検出だけではなく、不適切な送電を強制停止する最後の砦ともなり得るものである。例えば、何らかの理由で、２次側機器の取り去り検出が有効に働かなかった場合や、２次側機器に破損や故障が生じて定期負荷変調ができなくなった場合等においても、１次側機器からの送電は確実に停止される。よって、定期負荷認証機能をもつことによって、無接点電力伝送システムの安全性、信頼性は著しく向上する。

以上説明したように、本発明の少なくとも一つの実施形態では、徹底した消費電力の抑制が可能な無接点電力伝送技術を提供できる。また、本発明の少なくとも一つの実施形態では、万全の安全対策が施された信頼性が高い無接点電力伝送技術を提供できる。また、本発明の少なくとも一つの実施形態では、ユーザの利便性に対する十分な配慮がなされた無線点電力伝送技術を提供できる。また、本発明の少なくとも一つの実施形態では、部品点数を削減して、小型化ならびに低コスト化を達成することができる。

すなわち、実施形態の少なくとも一つによれば、以下の主要な効果を得ることができる。但し、下記効果は同時に得られるとは限らず、以下の効果の列挙が本発明の技術的範囲を不当に限定する根拠に用いられてはならない。
（１）本発明の無接点電力伝送システムでは、スイッチのオンを契機として送電を開始し、それまでは一切の送電を行わないため、ユーザの利便性の向上、低消費電力化、安全性の向上を図ることができる。
（２）満充電通知（送電停止要求）を受信すると送電を停止して初期状態（スイッチオン待ち状態）に戻るため、ここでも無駄な送電は一切、生じず、低消費電力化、安全性の向上が図られる。
（３）ＩＤ認証を本送電の条件とすることから、不適切な機器に送電が行われることがなく、信頼性および安全性が向上する。
（４）本送電中において、各種の検出動作（取り去り検出，金属異物検出，２次側の定期負荷認証に基づく乗っ取り状態検出、満充電検出））が実行され、いずれかが検出されたときには、本送電が速やかに停止されて初期状態に戻るため、不必要な送電は一切、生じず、異物に対しても万全の対策が施されることになるため、極めて高い信頼性（安全性）をもつシステムが実現される。

以上、本発明を、実施形態を参照して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々、変形、応用が可能である。すなわち、本発明の要旨を逸脱しない範囲において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であろう。

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（低電位側電源、電子機器等）と共に記載された用語（ＧＮＤ、携帯電話機・充電器等）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。また本実施形態および変形例の全ての組み合わせも、本発明の範囲に含まれる。

また、送電制御装置、送電装置、受電制御装置、受電装置の構成ならびに動作や、１次側における２次側の負荷検出の手法も、本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

本発明は、低消費電力かつ高信頼度の無接点電力伝送システムを提供するという効果を奏し、したがって、特に、送電制御装置（送電制御ＩＣ）、送電装置（ＩＣモジュール等）、無接点電力伝送システム、および電子機器（携帯端末および充電器等）として有用である。なお、「携帯端末」には、携帯電話端末、ＰＤＡ端末、持ち運び可能なコンピュータ端末が含まれる。

図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は、無接点電力伝送手法が適用される電子機器の例ならびに誘導トランスを用いた無接点電力伝送の原理を説明するための図 送電装置、受電装置を含む無接点電力伝送システムにおける、各部の具体的な構成の一例を示す回路図 図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、１次側機器と２次側機器との間の情報伝送の原理を説明するための図 送電装置の動作の一例の概要を示すフロー図 送電側制御回路の構成の一例を示す回路図 無接点電力伝送システムの基本シーケンス例を示す図 図６のシーケンスを実行する無接点電力伝送システムの状態遷移を示す状態遷移図 図６の基本シーケンスを実行する無接点電力伝送システムの動作例を示すフロー図 図６の基本シーケンスを実行する無接点電力伝送システムの動作例を示すフロー図 位置検出の原理を説明するための図 図１１（Ａ）〜図１１（Ｆ）は、金属異物（導電性異物）検出の原理を説明するための図 図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）は、取り去り検出の原理を説明するための図 図１３（Ａ），図１３（Ｂ）は、本送電開始後の異物挿入（乗っ取り状態）について説明するための、無接点電力伝送システムを構成する電子機器の断面図 図１４（Ａ），図１４（Ｂ）は、異物挿入を検出可能とするために、受電装置側の負荷を間欠的に変化させる場合の具体的な態様を説明するための図 図２に示される無接点電力伝送システムの中から、異物挿入（乗っ取り状態）の検出に関係する主要な構成を抜き出して示す回路図 図１６（Ａ），図１６（Ｂ）は異物検出を可能とするための負荷変調の好適かつ具体的な態様を説明するための図 図１７（Ａ）〜図１７（Ｅ）は、本負荷の軽減動作を説明するための図

符号の説明

Ｌ１ １次コイル、Ｌ２ ２次コイル、１０ 送電装置、１２ 送電部、１４ 波形モニタ回路、１６ 表示部、２０ 送電制御装置、２２ 送電側制御回路、２３ 周波数変調部、２４ 発振回路、２６ ドライバ制御回路、２８ 波形検出回路、４０ 受電装置、４２ 受電部、４３ 整流回路、４６ 負荷変調部、４８ 給電制御部、
５０ 受電制御装置、５２ 受電側制御回路、５６ 位置検出回路、５８ 発振回路、
６０ 周波数検出回路、６２ 満充電検出回路、９０ ２次側機器の負荷、９２ 充電制御装置（充電制御ＩＣ）、９４ 本負荷としてのバッテリ（２次電池）、
ＬＥＤＲ 電池残量や電池の状態のインジケータとしての発光装置

Claims (15)

1. 送電装置から受電装置に対して、電磁結合された１次コイルおよび２次コイルを経由して無接点で電力を伝送する無接点電力伝送システムにおける、前記送電装置に設けられる送電制御装置であって、
   前記受電装置への送電を制御する送電側制御回路と、
   前記受電装置から送信される信号を検出する検出回路と、
   を有し、
   前記送電側制御回路は、
   送電側機器に設けられたスイッチのオンを契機として、前記受電装置の認証を可能とするために、前記受電装置に対して仮送電を実行し、
   仮送電を受けた前記受電装置から送られてくる認証情報に基づいて認証を実行し、前記認証によって前記受電装置の適合性が証明された後に前記受電装置に対して通常送電を実行し、前記仮送電を開始した時点から所定時間内に前記受電装置からの前記認証情報を受信しない場合ならびに前記認証に失敗した場合には、前記仮送電を停止して前記スイッチのオンを待つ初期状態に戻り、
   前記通常送電の開始後から前記通常送電が終了するまでの期間において、前記検出回路が、前記受電装置から送信される信号を検出できないことによって、前記１次コイルと前記２次コイルとの間に挿入された異物が受電側機器に取って代わる乗っ取り状態が生じたことを検出し、前記通常送電を停止して前記初期状態に戻る、
   ことを特徴とする送電制御装置。
2. 請求項１記載の送電制御装置であって、
   前記送電側制御回路は、
   前記受電装置側の負荷の変化を監視し、前記通常送電中において、前記検出回路が、前記受電装置から送信される信号を検出できなくなったことによって、前記受電装置側の負荷の変化を検出できない場合に、前記乗っ取り状態が生じたと判断して、前記通常送電を停止する、
   ことを特徴とする送電制御装置。
3. 請求項２記載の送電制御装置であって、
   前記通常送電時における前記受電装置側の負荷は周期的に変化し、
   前記送電側制御回路は、所定数の周期にわたって連続して前記負荷変化を検出できない場合に前記通常送電を停止する、
   ことを特徴とする送電制御装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の送電制御装置であって、
   前記送電側制御回路は、
   前記認証が複数回連続して失敗したことを条件として前記仮送電を停止して前記初期状態に戻る、
   こと特徴とする送電制御装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の送電制御装置であって、
   前記送電側制御回路は、
   前記通常送電の開始後に、前記受電装置からの送電停止要求を受信すると、前記通常送電を停止して前記初期状態に戻る、
   ことを特徴とする送電制御装置。
6. 請求項５記載の送電制御装置であって、
   前記送電停止要求は、前記受電装置からの満充電通知であることを特徴とする送電制御装置。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか記載の送電制御装置であって、
   前記検出回路は、前記１次コイルの誘起電圧信号の波形の変化を検出することによって、前記受電装置から送信される信号を検出する、
   ことを特徴とする送電制御装置。
8. 請求項１〜請求項７のいずれかに記載の送電制御装置であって、
   前記送電側制御回路は、
   前記１次コイルの前記誘起電圧信号の波形の変化に基づいて前記受電装置の取り去りを検出し、前記通常送電中に前記受電装置の取り去りが検出された場合に、前記通常送電を停止する、
   こと特徴とする送電制御装置。
9. 請求項１〜請求項８のいずれか記載の送電制御装置と、交流電圧を生成して前記１次コイルに供給する送電部と、を含むことを特徴とする送電装置。
10. 送電側電子機器に設けられたスイッチのオンを契機として、送電装置から受電装置に対して、電磁結合された１次コイルおよび２次コイルを経由して無接点で電力を伝送する無接点電力伝送システムであって、
    前記送電装置は、１次コイルの誘起電圧に基づいて前記受電装置への送電を制御する送電側制御回路を含み、
    前記受電装置は、本負荷に対する電力供給を制御する給電制御部と、前記受電装置を制御する受電側制御回路を有する受電制御装置と、を含み、
    前記送電装置の前記送電側制御回路は、送電側機器に設けられたスイッチのオンを契機として、前記受電装置の認証を可能とするために、前記受電装置に対して仮送電を実行し、仮送電を受けた前記受電装置から送られてくる認証情報に基づいて認証を実行し、前記認証によって前記受電装置の適合性が証明された後に前記受電装置に対して通常送電を実行し、前記仮送電を開始した時点から所定時間内に前記受電装置からの前記認証情報を受信しない場合ならびに前記認証に失敗した場合には、前記仮送電を停止して前記スイッチのオンを待つ初期状態に戻り、
    また、前記通常送電の開始後から前記通常送電が終了するまでの期間において、前記受電装置から送られてくる、前記送電装置による異物検出を可能とするための信号を受信できない場合には、前記通常送電を停止して前記初期状態に戻る、
    ことを特徴とする無接点電力伝送システム。
11. 請求項１０記載の無接点電力伝送システムであって、
    前記送電側制御回路は、
    前記１次コイルの誘起電圧信号の波形の変化によって、前記受電装置から送られてくる前記送電装置による異物検出を可能とするための信号を検出し、
    前記通常送電の開始後に、前記受電装置からの送電停止要求を受信すると、前記通常送電を停止して前記初期状態に戻る、
    ことを特徴とする無接点電力伝送システム。
12. 請求項１１記載の無接点電力伝送システムであって、
    前記受電装置は負荷変調部をさらに有し、前記受電側制御回路は、前記通常送電の開始後に、定期的に前記負荷変調部を動作させて定期負荷認証を実行し、これによって前記送電装置による異物検出を可能とするための信号を送信し、
    前記送電装置の前記送電側制御回路は、前記受電装置側の負荷の定期的な変化を検出し、前記通常送電中において前記負荷の定期的な変化を検出できない場合に前記通常送電を停止する、
    ことを特徴とする無接点電力伝送システム。
13. 送電側電子機器に設けられたスイッチのオンを契機として、送電装置から受電装置に対して、電磁結合された１次コイルおよび２次コイルを経由して無接点で電力を伝送する無接点電力伝送システムであって、
    前記送電装置は、
    １次コイルの誘起電圧に基づいて前記受電装置への送電を制御する送電側制御回路を含み、
    前記受電装置は、
    前記受電装置側の負荷を変調する負荷変調部と、
    本負荷に対する電力供給を制御する給電制御部と、
    前記本負荷の満充電を検出する満充電検出部と、
    前記受電装置を制御する受電側制御回路と、
    を有する受電制御装置を含み、
    前記受電側制御回路は、
    前記送電装置からの前記仮送電を受けると、前記負荷変調部の負荷変調によって、認証用情報を前記送電装置に送信し、
    前記送電装置からの前記通常送電を受けると、前記給電制御部による前記本負荷に対する給電を実行すると共に、前記通常送電の開始後から前記通常送電が終了するまでの期間において、前記送電装置による異物検出を可能とするための信号を送信するために、前記負荷変調部を動作させて前記受電装置側の負荷を変化させ、
    前記満充電検出部によって満充電が検出された場合には、前記負荷変調部の負荷変調によって満充電通知を前記送電装置に送信し、
    前記送電側制御回路は、
    前記スイッチがオンされると、前記受電装置の認証を行うために、前記受電装置に対して前記仮送電を実行すると共に、前記仮送電を受けた前記受電装置から送られてくる前記認証情報に基づいて認証を実行し、
    前記仮送電を開始した時点から所定時間内に、前記受電装置からの前記認証情報を受信しない場合には、前記仮送電を停止して前記スイッチのオンを待つ初期状態に戻り、前記認証に失敗した場合に、前記仮送電を停止して前記スイッチのオンを待つ初期状態に戻り、
    前記認証によって前記受電装置の適合性が証明された後に、前記受電装置に対して通常送電を実行し、
    前記通常送電の期間において、前記１次コイルの誘起電圧信号の波形の変化によって、前記受電装置から送られてくる前記送電装置による異物検出を可能とするための信号を検出し、また、前記送電装置による異物検出を可能とするための信号を検出できない場合ならびに前記受電装置の前記本負荷の満充電が検出された場合に、前記通常送電を停止して前記初期状態に戻る、
    ことを特徴とする無接点電力伝送システム。
14. 請求項１３記載の無接点電力伝送システムであって、
    前記受電側制御回路は、
    前記通常送電の開始後から前記通常送電が終了するまでの期間において、前記送電装置による異物検出を可能とするための信号を送信するために前記受電装置側の負荷を変化させる場合、前記給電制御部を制御して前記本負荷に供給する電力を強制的に減少させて前記本負荷の負荷状態を軽減する負荷軽減処理を実行する、
    ことを特徴とする無接点電力伝送システム。
15. 送電開始または送電停止の契機を与えるスイッチと、請求項９記載の送電装置と、を含むことを特徴とする電子機器。

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