JP5544705B2 - 送電制御装置、送電装置、無接点電力伝送システム、電子機器および送電制御方法 - Google Patents
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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。
図1(A)および図1(B)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)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、充電器の通常送電時に点灯する表示部(LED等)16を有する。
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。
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。上述のとおり、本発明の送電装置10の送電側制御回路22は、自動的に受電側機器510の設置を検出し、さらに、満充電後の再充電管理も実行することができる。このように、送電装置10が自動的に一連の動作を実行する動作モードをオートモードと呼ぶ。
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、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、満充電通知(送電停止要求)検出部116と、再充電要求検出部117と、時間を管理するためのタイマ119と、各部の検出結果に基づいて、送電(仮送電および通常送電)のオン/オフを制御する送電制御部118と、を有する。送電制御部118には、満充電後の間欠送電制御部121が含まれる。
図6は、オートモードの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。ユーザは、受電側機器510を、例えば、充電台500の所定位置にセットする。上述のとおり、送電装置10は自動間欠動作を行い、間欠的な仮送電を常時、実行している(ステップS19,S20)。仮送電を受けた受電側機器510の位置検出が実行され(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)。
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通常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。
まず、「乗っ取り状態」について具体的に説明する。受電装置(あるいは受電側機器)の認証が完了して通常送電が開始された後に、1次コイルL1と2次コイルL2との間に、例えば大面積の異物が挿入される場合があり得る。図13を用いて説明したように、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。
(1)受電装置40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40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。
図17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17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17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18(A),図18(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。
ここでは、図17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、通常送電時において、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。
本実施形態では、満充電後の再充電について説明する。満充電後において、例えば、受電側機器としての携帯電話端末が充電台(クレードル)上に、長時間、置かれたままにされると、バッテリの放電によって電圧が低下し、バッテリが、再充電が必要な状態になる場合がある。したがって、本実施形態では、満充電後において、送電装置が再充電の必要性を自動的に検出できるようにする。
本実施形態では、満充電後の、受電側機器(2次側機器)の取り去り(着脱)検出について説明する。満充電後の受電側機器の取り去り(着脱)は、例えば、送電装置10が受電装置40に対して間欠送電を実行し、所定時間内に、受電装置40から、上述のID認証情報を受信できるか否かによって検出することができる。すなわち、バッテリ94が満充電状態になると、通常送電は停止される。これによって、負荷90に設けられる充電制御装置92(図2参照)はリセットされ、初期状態に戻る。バッテリの満充電後に、送電装置10から所定間隔で間欠送電がなされると、その間欠送電による電力を受けた受電装置40が動作し、上述のとおり、受電側機器510(または受電装置40)のID認証情報を送電装置10に送信する(図4のステップS4を参照)。したがって、受電側機器510が取り去られていないならば、間欠送電開始時点から所定時間内に、受電装置40からID認証情報が送電装置10に送られてくるはずである。送電装置10は、所定時間内に、受電装置40からID認証情報が送信されない場合、受電側機器510は取り去られたと判定することができる。なお、図14に示したように、1次コイルL1のコイル端の交流波形(すなわち、交流電圧の振幅)を観測することによっても、受電側機器510の取り去りを検出することができる。
(1)本発明の無接点電力伝送システムでは、受電側機器の設置を自動的に検出して通常送電を開始するため、ユーザは、スイッチ操作等を行う必要がなく、ユーザの利便性が向上する。
(2)ID認証を実行した後に通常送電を行うことによって、システムに不適な機器に対して通常送電が実行されることがなく、信頼性および安全性が向上する。
(3)通常送電中において、各種の検出動作(取り去り検出,金属異物検出,受電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、通常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。
(4)通常の異物対策のみならず、乗っ取り発熱対策も併用することによって、システムの安全性は格段に向上する。また、受電装置において、乗っ取り検出のための間欠的な負荷変調(定期負荷変調)を実行する際、負荷軽減を実行することによって、送電装置は、負荷変動を確実に検出でき、乗っ取り検出の精度が向上する。
(5)さらに、満充電後においても、再充電管理(ならびに取り去り検出)が自動的に実行されるため、充電台上に受電側機器が長時間、放置された場合でも、バッテリは常に満充電の状態を保つ。よって、ユーザは、安心して無接点電力伝送システムを利用することができ、十分な満足感を得ることができる。
(6)本発明の無接点電力伝送システムは、オートモード(自動実行モード)を有し、オートモードでは、上述の一連の動作はすべて自動的に実行される。よって、ユーザに負担をかけることがなく、極めて利便性の高い、使い勝手のよい無接点電力伝送システムが実現される。
(7)受電側機器の設置検出、満受電後の再充電管理ならびに取り去り検出は、送電装置からの間欠的な送電に基づいて実行されるため、消費電力が抑制され、低消費電力の無接点電力伝送システムが実現される。間欠送電の周期を、上述の目的に合わせて、個々に最適化すれば、消費電力をさらに抑制することができる。
(8)装置構成が簡素化されており、無接点電力伝送システムの小型化、ローコスト化を図ることができる。
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、
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 受電側機器の負荷、
92 充電制御装置(充電制御IC)、94 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 (19)
- 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、
前記送電装置に間欠的な仮送電を実行させ、前記仮送電による前記電力を受けた前記受電装置からの応答を検出することによって、前記受電装置を有する受電側機器が、無接点電力伝送による受電が可能な場所に設置されたことを検出し、
前記受電側機器が、無接点電力伝送による受電が可能な場所に設置されたことが検出された場合は、前記送電装置に、前記受電装置に対する連続的な通常送電を実行させ、前記設置が検出されない場合は、前記送電装置に、前記間欠的な仮送電を実行する状態を継続させ、
前記通常送電の期間中に前記受電装置からの満充電通知を検出すると、前記送電装置に前記通常送電を停止させると共に、
前記送電装置に、満充電後の取り去り検出のための送電ならびに満充電後の再充電の要否判定のための送電を実行させ、
前記満充電後の取り去り検出のための送電を受けた前記受電装置から送られてくる信号に基づいて前記取り去りが検出された場合には、前記送電装置を前記間欠的な仮送電を実行する状態に復帰させ、
前記満充電後の再充電の要否判定のための送電を受けた前記受電装置から送られてくる信号に基づいて再充電が必要と判定された場合には、前記送電装置に前記通常送電を再開させることを特徴とする送電制御装置。 - 請求項1記載の送電制御装置であって、
前記満充電後の取り去り検出のための送電は、第1の周期による間欠的な送電であり、
前記満充電後の再充電の要否判定のための送電は、第2の周期による間欠的な送電であり、
前記第1の周期は、前記間欠的な仮送電の周期よりも長く、かつ、前記第2の周期は、
前記第1の周期よりも長いことを特徴とする送電制御装置。 - 請求項1または請求項2記載の送電制御装置であって、
前記送電側制御回路は、前記受電側機器の設置を検出した場合、ID認証処理を実行し、前記ID認証に成功すると、前記送電装置に通常送電を実行させることを特徴とする送電制御装置。 - 請求項3記載の送電制御装置であって、
前記送電側制御回路は、前記仮送電の開始時点から所定時間内に前記受電装置からのID認証情報を受信できるか否かによって、前記受電装置を有する受電側機器の設置を検出することを特徴とする送電制御装置。 - 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、前記通常送電中に異物が検出された場合に、前記送電装置に前記通常送電を停止させると共に、前記送電装置を前記間欠的な仮送電を実行する状態に復帰させることを特徴とする送電制御装置。 - 請求項1〜請求項5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側機器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、前記送電装置に前記通常送電を停止させると共に、前記送電装置を前記間欠的な仮送電を実行する状態に復帰させること特徴とする送電制御装置。 - 請求項1〜請求項6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次コイルと前記2次コイルとの間に載置された異物を前記受電側機器と誤認して前記通常送電が継続する乗っ取り状態を検出し、前記通常送電中に乗っ取り状態が検出されると、前記送電装置に前記通常送電を停止させると共に、前記送電装置を前記間欠的な仮送電を実行する状態に復帰させることを特徴とする送電制御装置。 - 請求項7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によって前記乗っ取り状態を検出することを特徴とする送電制御装置。 - 請求項7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、前記通常送電中における前記負荷の間欠的な変化の検出の有無によって、前記乗っ取り状態を検出することを特徴とする送電制御装置。 - 請求項9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送電装置から見た受電装置側の負荷は、前記受電装置の負荷変調によって周期的に変化し、
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るか否かによって前記乗っ取り状態を検出することを特徴とする送電制御装置。 - 請求項1〜請求項10のいずれかに記載の送電制御装置と、交流電圧を生成して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。
- 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、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、負荷変調部と、前記負荷の満充電を検出する満充電検出部と、を含み、
前記送電装置の前記送電側制御回路は、前記送電装置に間欠的な仮送電を実行させ、前記仮送電による前記電力を受けた前記受電装置からの応答を検出することによって、前記受電装置を有する受電側機器が、無接点電力伝送による受電が可能な場所に設置されたことを検出し、前記設置が検出された場合は、前記送電装置に、前記受電装置に対する連続的な通常送電を実行させ、前記設置が検出されない場合は、前記送電装置に、前記間欠的な仮送電を実行する状態を継続させ、
前記受電側制御回路は、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、前記負荷変調部に負荷変調を行わせて、満充電通知を前記送電装置に送信させ、
前記送電側制御回路は、前記通常送電中に、前記受電装置からの前記満充電通知が検出された場合に、前記送電装置に前記通常送電を停止させると共に、満充電後の取り去り検出のための送電、ならびに満充電後の再充電の要否判定のための送電を実行させ、前記満充電後の取り去り検出のための送電を受けた前記受電装置から送られてくる信号に基づいて前記取り去りが検出された場合には、前記送電装置を前記間欠的な仮送電を実行する状態に復帰させ、前記満充電後の再充電の要否判定のための送電を受けた前記受電装置から送られてくる信号に基づいて再充電が必要と判定された場合には、前記送電装置に前記通常送電を再開させることを特徴とする無接点電力伝送システム。 - 請求項12記載の無接点電力システムであって、
前記満充電後の取り去り検出のための送電は、第1の周期による間欠的な送電であり、
前記満充電後の再充電の要否判定のための送電は、第2の周期による間欠的な送電であり、
前記第1の周期は、前記間欠的な仮送電の周期よりも長く、かつ、前記第2の周期は、前記第1の周期よりも長いことを特徴とする無接点電力伝送システム。 - 請求項12又は請求項13記載の無接点電力システムであって、
前記受電装置に対する間欠的な仮送電を実行し、前記仮送電の開始時点から所定時間内に、前記受電装置からの応答としてのID認証情報を受信できるか否かによって、前記受電側機器の前記設置を検出し、前記設置が検出されると、前記受信したID認証情報を用いて前記受電装置のID認証処理を実行し、前記ID認証に成功すると、前記送電装置に、前記受電装置に対する連続的な通常送電を実行させ、前記設置が検出されない場合および前記ID認証に失敗する場合には、前記送電装置に、前記間欠的な仮送電を実行する状態を継続させることを特徴とする無接点電力伝送システム。 - 請求項12〜請求項14のいずれかに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異物の有無を判定し、異物が検出された場合に、前記送電装置に前記通常送電を停止させると共に、前記送電装置を前記間欠的な仮送電を実行する状態に復帰させることを特徴とする無接点電力伝送システム。 - 請求項15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に、前記受電装置に、定期的に前記負荷変調部を動作させて定期負荷変調を実行させ、
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送電装置に、前記通常送電を停止させることを特徴とする無接点電力伝送システム。 - 請求項16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、前記通常送電期間中において、前記負荷変調部に前記定期負荷変調を実行させる場合、前記給電制御部を制御して前記負荷に供給する電力を強制的に減少させて、前記負荷を見かけ上軽減する負荷軽減処理を実行させることを特徴とする無接点電力伝送システム。 - 請求項11記載の送電装置を搭載することを特徴とする電子機器。
- 送電装置から受電装置に対する送電を制御する送電制御方法であって、
前記送電装置が間欠的に送電し、
前記間欠的な送電を受けた前記受電装置が応答し、
前記送電装置は前記応答を検出することによって、前記受電装置の無接点電力伝送による受電が可能な位置への設置を検出し、
前記設置が検出された場合には、前記送電装置は連続的に送電し、
前記設置が検出されない場合は、前記送電装置は間欠的に送電し、
前記送電装置は、前記連続的な送電の期間中に前記受電装置からの満充電通知を検出した場合には、前記連続的な送電を停止させると共に、満充電後の取り去り検出のための送電ならびに満充電後の再充電の要否判定のための送電を実行し、
前記送電装置は、前記受電装置から送られてくる信号に基づいて前記取り去りを検出した場合には、前記間欠的な送電を実行する状態に復帰し、前記受電装置から送られてくる信号に基づいて再充電が必要と判定した場合には、前記連続的な送電を再開することを特徴とする送電制御方法。
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