JP5605153B2 - 給電装置、給電方法および給電システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば携帯電話機等の電子機器の充電を非接触で行う給電装置、給電方法および給電システムに関する。

近年、例えば携帯電話機や携帯音楽プレーヤー等のＣＥ機器（Consumer Electronics Device：民生用電子機器）に対し、電磁誘導や磁気共鳴等を利用して非接触に電力供給を行う給電装置（非接触給電装置、ワイヤレス給電装置）が注目を集めている。これにより、ＡＣアダプタのような電源装置のコネクタを機器に挿す（接続する）ことによって充電を開始するのはなく、機器を例えばトレー型の給電装置（充電トレー）上に置くだけで充電を開始することができる。即ち、ＣＥ機器と給電装置との間で端子接続が不要となる。

この給電装置では、上記のようにトレー上にＣＥ機器を置くだけで充電が開始されるため、ユーザの負担を軽減することができるが、その一方で、トレー上に充電対象の機器以外のもの、例えば硬貨等の異物（異物金属）が容易に置かれてしまうという欠点がある。このような異物金属がトレー上に置かれると、異物金属が熱せられてしまうおそれがある。

そこで、従来、そのような異物金属が置かれた場合には充電を停止する等の対処をするべく、トレー上の異物金属を検出する様々な手法が提案されている。例えば、温度センサーを用いて、トレー上に置かれた物体の温度を検出し、異常な温度上昇が確認された場合には、異物と判断する手法がある（例えば、特許文献１参照）。また、負荷を所定のパターンで変動させ、過負荷（オーバーロード）を検出する手法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００８−１７２８７４号公報 特開２００２−３４１６９号公報

しかしながら、上記特許文献１の手法では、温度上昇によって異物であることが判断されるため、異物が熱くなること自体を防ぐことはできず、根本的な解決策とはならない。また、上記特許文献２の手法では、負荷変動がＣＥ機器によるものか、あるいは異物金属の影響であるのかを、精確に判断することが難しい。このように、異物を検出する手法としては、これまでにも様々なものが提案されてはいるが、これら従来の手法とは全く異なる新たな異物検出手段を用いた給電装置の実現が望まれている。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、磁界を用いて給電を行う場合において、給電対象とは異なる異物を精度良く検出してその異常過熱を防ぐことが可能な給電装置、給電方法および給電システムを提供することにある。

本発明の給電装置は、磁界を用いて電力伝送を行う送電部と、互いに離隔して配置された少なくとも１組の第１および第２の電極と、第１および第２の電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、電圧印加手段による電圧印加結果に基づいて異物の有無を検出する検出部とを備えたものである。ここで、複数の第１および第２の電極はそれぞれ平面視的に点状形状を有し、第１および第２の電極が交互に、かつ離散して配置されているものである。尚、「異物」とは、電子機器等の給電対象物とは異なる物体（例えば、金属物等）のことをいうものとする。

本発明の給電方法は、給電装置から磁界を用いて電力伝送を行う際に、給電装置において互いに離隔配置された少なくとも１組の第１および第２の電極間に電圧を印加することにより、異物の有無を検出するものである。ここで、複数の第１および第２の電極はそれぞれ平面視的に点状形状を有し、第１および第２の電極が交互に、かつ離散して配置されているものである。

本発明の給電システムは、１または複数の電子機器と、この電子機器への電力伝送を行う上記本発明の給電装置とを備えたものである。

本発明の給電装置、給電方法および給電システムでは、給電装置において互いに離隔配置された少なくとも１組の第１および第２の電極間に電圧を印加することにより、各電極間に跨った領域に異物がある場合には、その第１および第２の金属間において電気的短絡（または容量性結合）が生じる。これを利用して、即ち、上記電極間への電圧印加結果に基づいて異物の有無を検出する。

本発明の給電装置、給電方法および給電システムによれば、給電装置から磁界を用いて電力伝送を行う際に、給電装置において互いに離隔配置された少なくとも１組の第１および第２の電極間に電圧を印加することにより、異物に起因する電気的短絡（または容量性結合）の発生を利用して、その有無を検出可能となる。よって、磁界を用いて給電を行う場合において、給電対象とは異なる異物を精度良く検出して、その異常過熱を防ぐことが可能となる。

本発明の一実施の形態に係る給電システムにおける充電トレーおよび携帯電話機の概略構成を表す斜視図である。 図１に示した充電トレーの平面図である。 図１に示した充電トレーの断面図である。 図１に示した充電トレーおよび携帯電話機の機能ブロック図である。 異物金属の検出動作を説明するための模式図であり、（Ａ）はトレー上面への物体の配置状態、（Ｂ）はパラメータの変化量と閾値との関係を表すものである。 比較例に係る電極パターンの平面図である。 変形例１に係る異物金属の検出動作を説明するための模式図であり、（Ａ）はトレー上面への物体の配置状態、（Ｂ）はパラメータの変化量と閾値との関係、（Ｃ）はトレー上面（電極上）に被膜が形成されている例を表すものである。 変形例２に係る検出回路の例を表す回路図である。 交流電源の周波数と（Ａ）インピーダンスまたは（Ｂ）共振回路からの出力電圧との関係（共振特性）の一例を表す特性図である。 変形例３に係る電極パターンの一例を表す平面図である。 変形例３に係る電極パターンの他の例を表す平面図である。 変形例４に係る電極パターンの一例を表す平面図である。 変形例５に係る電極パターンの一例を表す平面図である。 変形例６に係る携帯電話機の概略構成を表す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。尚、説明は以下の順序で行う。

１．実施の形態（点状の正，負電極を交互に離散配置した充電トレーの例）
２．変形例１（２つの閾値を用いた異物検出動作の例）
３．変形例２（共振回路を用いた異物検出動作の例）
４．変形例３（線状の正，負電極を離隔配置した例）
５．変形例４（櫛歯状の正，負電極を噛み合わせて配置した例）
６．変形例５（馬蹄形状（略環状）の正，負電極を交互に同心状に配置した例）
７．変形例６（電子機器（ＣＥ機器）側の金属層上に絶縁性の突起部を設けた例）

＜実施の形態＞
［全体構成］
図１は、本発明の一実施の形態に係る給電システムにおける給電装置（充電トレー１）および電子機器（携帯電話機２）の概略構成を表したものである。この給電システムは、これらの充電トレー１および携帯電話機２から構成されている。充電トレー１は、例えば、その上面に給電対象となる携帯電話機２が置かれる（または近接する）ことによって、例えば携帯電話機２等の電子機器（ＣＥ機器）の充電を行う、いわゆる非接触型の給電装置である。尚、本発明における給電方法については、充電トレー１における給電動作によって具現化されるため、以下併せて説明する。

充電トレー１は、磁界を用いて電力伝送を行う１次側コイル１０と、１次側コイル１０を駆動制御すると共に、後述の検出回路１１１を含む回路部１１とを有しており、例えば交流電源と接続するための電源プラグ１３が設けられている。この充電トレー１にはまた、後述する異物検出の有無をユーザ（使用者）へ知らせる（提示する）ための警告ランプ１２が設けられている。充電トレー１は、詳細は後述するが、回路部１１を有する回路基板１７上に、磁性体層１６を介して１次側コイル１０を含むアンテナパターン層１５が形成されてなるが、その全体が筐体内に設けられていてもよいし、樹脂等でコーティングされていてもよい。このような充電トレー１には、異物検出のための電極パターン（詳細は後述）が設けられている。

携帯電話機２は、筐体２２内に、充電トレー１における１次側コイル１０と対をなす２次側コイル２０を有している。これらの１次側コイル１０および２次側コイル２０における電磁誘導（あるいは磁気共鳴）により、充電トレー１側から携帯電話機２側へ電力供給がなされるようになっている。携帯電話機２は、また、２次側コイル２０を駆動制御する回路部２１を有している。

（充電トレー１の詳細構成）
図２は、充電トレー１の平面構成を表すものであり、図３は、図２のＩ−Ｉ線における矢視断面図である。このように、例えば充電トレー１は、回路基板１７上に、磁性体層１６およびアンテナパターン層１５を順に積層したものである。これらのアンテナパターン層１５（１次側コイル１０）、磁性体層１６および回路基板１７が、本発明における「送電部」の一具体例に相当する。アンテナパターン層１５は、充電トレー１の上面（放射面）側に配置され、１次側コイル１０を含んでいる。１次側コイル１０は、所定の巻き数で巻回されており、ここでは、充電トレー１の上面に沿って渦巻き状に成型され、アンテナパターン層１５において、樹脂層１５ａに埋設されている（樹脂層１５ａによって固められている）。この１次側コイル１０の両端には、回路部１１および電源プラグ１３（図２，３には図示せず）を通じて、交流電源１３０からの電圧が供給されるようになっている。これにより、充電トレー１の上面付近において面内中央に向かって（図３中の矢印に沿って）電磁波が放射される（磁界が生じる）。尚、１次側コイル１０の表面は、樹脂層１５ａから露出していてもよいし、樹脂層１５ａによって覆われていてもよい。また、図示しない基板上に設けられていてもよい。このような基板や樹脂層１５ａに用いられる材料としては、磁力線に影響を与えないものを用いればよい。

磁性体層１６は、アンテナパターン層１５と回路基板１７との磁気的なアイソレーションを確保する機能を有する。この磁性体層１６は、例えば鉄（Ｆｅ）系金属やフェライト等の比透磁率が高い材料等からなり、特に磁気飽和しない（磁気飽和をしにくい）材料であることが望ましい。

回路基板１７は、例えばＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）基板であり、１次側コイル１０を駆動制御すると共に検出回路１１１を含む回路部１１を有するものである。この回路部１１および携帯電話機２における回路部２１の詳細構成については後述する。

上記のような充電トレー１には、異物金属Ｘの有無を検出するための電極パターンが形成されている。具体的には、本実施の形態では、複数の正電極１４Ａと複数の負電極１４Ｂとが（複数組の正電極１４Ａおよび負電極１４Ｂが）、行方向および列方向に沿って規則的に離散配置されている。これら複数の正電極１４Ａおよび負電極１４Ｂは、交互に（行方向，列方向において、正電極１４Ａ同士および負電極１４Ｂ同士が隣り合わないように）配置されている。

これらの正電極１４Ａおよび負電極１４Ｂはそれぞれ、充電トレー１の上面に平行な平面でみると、点状形状を有しており、正電極１４Ａと負電極１４Ｂとが所定のピッチＰで設けられている。このピッチＰは、例えば５ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。

一方、充電トレー１の上面に直交する断面でみると、これらの正電極１４Ａおよび負電極１４Ｂは、例えばアンテナパターン層１５と、磁性体層１６の少なくとも一部を貫通して設けられており、アンテナパターン層１５の表面（充電トレー１の上面）側に露出している。即ち、正電極１４Ａおよび負電極１４Ｂそれぞれの外形状は、所定の高さＨの棒状（ピン状）となっている。このような正電極１４Ａおよび負電極１４Ｂにはそれぞれ、回路部１１および電源プラグ１３を通じて交流電源１３０（電圧印加手段）からの電圧が供給されるようになっている。

（回路構成）
図４は、充電トレー１および携帯電話機２の主要構成要素の機能ブロック図である。充電トレー１の回路部１１は、制御回路１１０、検出回路１１１、復変調回路１１２、増幅回路１１３およびＯＳＣ（発振器）１１４を有している。

検出回路１１１は、充電トレー１の上面側における異物金属の有無を検出するための回路である。この検出回路１１１は、電極対１４（正電極１４Ａ，負電極１４Ｂの組）に電圧を印加し、正電極１４Ａ，負電極１４Ｂ間のインピーダンス、電流および電圧のうちの少なくとも１つのパラメータ（電気的特性）に基づいて、異物金属が有るか否かを判断する。具体的には、詳細は後述するが、上記パラメータのうちの少なくとも１つの変化量についての閾値を保持しており、この閾値と、上記印加電圧に基づくパラメータの変化量とを比較することにより（これらの大小関係に応じて）、異物の有無を検出するようになっている。尚、この検出回路１１１が、本発明における「検出部」の一具体例に相当する。

制御回路１１０は、検出回路１１１、復変調回路１１２、増幅回路１１３、ＯＳＣ１１４および前述した警告ランプ１２をそれぞれ駆動制御するものであり、例えばマイクロコンピュータよりなる。この制御回路１１０はまた、交流電源１３０から供給される交流電力を、検出回路１１１および１次側コイル１０へ供給するものである。この制御回路１１０は更に、検出回路１１１からの検出結果に基づいて、充電を開始（継続）する、充電を停止する、または充電の際の供給電力（パワー）を低下させる等の制御を行うようになっている。具体的には、検出回路１１１による検出結果が“異物金属あり”である場合には、充電を停止したり供給電力を低下させる制御や、図示しない何らかの手段（例えば、図１に示した警告ランプ１２）を用いてユーザへ警告を提示する制御を行う。尚、この制御回路１１０および携帯電話機２側の制御回路２１０（後述）は、１次側コイル１０と２次側コイル２０とが近接した際にお互いを認証（識別）するためのＩＤ（Identification：個体識別）情報を保持していてもよい。

一方、携帯電話機２の回路部２１は、制御回路２１０、復変調回路２１１、整流回路２１２およびレギュレータ回路２１３を有している。整流回路２１２は、充電トレー１側から受け取った交流電力を直流電力に変換するものである。レギュレータ回路２１３は、整流回路２１２から出力された直流電力を所定電圧の直流電圧に変換するものであり、これによりバッテリー２１５への過充電が防止される。この回路部２１から取り出された電力は、充電回路２１４により、例えば２次電池であるバッテリー２１５へ供給されるようになっている。制御回路２１０は、復変調回路２１１、整流回路２１２およびレギュレータ回路２１３をそれぞれ駆動制御するものであり、例えばマイクロコンピュータよりなる。

［作用］
（非接触給電動作）
本実施の形態では、充電トレー１において、制御回路１１０が、交流電源１３０からの交流電圧を、回路部１１（制御回路１１０、復変調回路１１２、増幅回路１１３およびＯＳＣ１１４）を介して、１次側コイル１０へ印加する。これにより、１次側コイル１０から充電トレー１の上方へ向けて、電磁波が放射される（磁界が発生する）。このとき、充電トレー１の上面に、給電対象物としてのＣＥ機器（携帯電話機２）が置かれる（または近接する）と、充電トレー１に設けられた１次側コイル１０と、携帯電話機２に設けられた２次側コイル２０とが、充電トレー１の上面付近にて近接する。尚、この際の電磁波の放射は、常時行うようにする手法の他、時間軸に沿って間欠的に（断続的に）行うようにしてもよい。

このように、磁界を生じている１次側コイル１０に近接して２次側コイル２０が配置されると、１次側コイル１０に生じている磁束に誘起されて、２次側コイル２０に起電力が生じる。換言すると、電磁誘導（または磁気共鳴、以下同様）により、１次側コイル１０および２次側コイル２０のそれぞれに鎖交して磁力線が発生し、これによって１次側コイル１０側から２次側コイル２０側へ電力伝送がなされる。携帯電話機２では、２次側コイル２０において受け取った交流電力が、回路部２１（復変調回路２１１、整流回路２１２およびレギュレータ回路２１３）によって所定の直流電力に変換され、この直流電力が、充電回路２１４によりバッテリー２１５へ供給される。このようにして、携帯電話機２の充電がなされる。

即ち、本実施の形態では、携帯電話機２の充電に際し、例えばＡＣアダプタ等への端子接続が不要であり、充電トレー１の上面に置く（近接させる）だけで、容易に充電を開始させることができる（非接触給電がなされる）。これは、ユーザにおける負担軽減に繋がる。また、ここでは図示しないが、充電トレー１上に、この携帯電話機２のようなＣＥ機器（電子機器）を複数台置くことも可能であり、これにより、これらの複数のＣＥ機器に対する充電を一括して行うようにしてもよい。換言すると、給電システムを、充電トレー１と複数の電子機器とから構成するようにしてもよい。

尚、１次側コイル１０と２次側コイル２０とが近接した際、充電トレー１の制御回路１１０と携帯電話機２の制御回路２１０とが、これらの１次側コイル１０および２次側コイル２０同士を互いに認証（識別）するためのＩＤ（Identification：個体識別）情報を保持する場合には、これらを交換するようにしてもよい。そして、制御回路１１０が、ＩＤ情報の交換により互いを正しく認証できた場合に、携帯電話機２への充電を開始（継続）するような制御を行ってもよい。

（異物金属の検出）
ところで、上記のような電磁誘導を利用して、即ち磁界を用いて電力伝送を行う充電トレー１では、１次側コイル１０の磁界発生内に、例えばコイン等の異物（異物金属）が置かれると、渦電流が生じてこの異物金属が加熱されてしまうおそれがある。

そこで、本実施の形態では、充電トレー１において、回路部１１（具体的には、制御回路１１０および検出回路１１１）が、そのような異物金属の有無を検出し、その検出結果に基づいて、例えば充電停止、供給電力低減、警告等の処理動作がなされる。具体的には、検出回路１１１が、制御回路１１０の制御に応じて、充電トレー１にパターン形成された正電極１４Ａおよび負電極１４Ｂ間に電圧（ここでは交流電圧）を印加し、これらの正電極１４Ａおよび負電極１４Ｂ間における所定のパラメータを測定する。このパラメータとしては、上述のようにインピーダンス、電流および電圧のうち少なくとも１つを用いればよい。そして、検出回路１１１は、そのパラメータの変化量に基づいて上記検出を行う。

例えば、検出回路１１１は、上記パラメータの変化量について、例えば異物金属検出用の所定の閾値Ａ１（第１の閾値）を有しており、この閾値Ａ１を用いて異物金属の有無を検出する。具体的には、検出回路１１１は、パラメータの変化量と閾値Ａ１との大小関係に応じて、異物金属の有無を検出する。

ここで、図５（Ａ），（Ｂ）を用いて、異物検出動作の一例について説明する。尚、ここでは、充電トレー１の上面（放射面）を面Ｓとし、また面Ｓ上に物体が置かれていない状態をＯＰＥＮ（開放）状態とする。また、上記パラメータの変化量の測定および閾値Ａ１の設定は、このＯＰＥＮ状態を基準にして行っている。パラメータについては、上記のうちインピーダンスを例に挙げて説明を行うが、電流あるいは電圧を用いる場合も同様である。また、これらを複合的に用いて判断するようにしてもよい。これらのパラメータの測定は、正電極１４Ａおよび負電極１４Ｂに接続された配線回路内に、電流計、電圧計等の各種測定器を設けて行い、各測定器での測定結果を検出回路１１１へ出力すればよい。検出回路１１１は、その測定データに基づいて、所定のパラメータの変化量を算出し、算出した変化量を、予め設定した閾値Ａ１と比較する（大小関係を比較する）ようにすればよい。

図５（Ａ）に示したように、ＯＰＥＮ状態では、インピーダンスＺはほぼ∞（無限大）に等しく（ここでは、Ｚ＝Ｚ０とする）、容量Ｃ（インピーダンスＺのうちの容量成分の値）は、０（ゼロ）にほぼ等しく（非常に小さい値と）なっている。ところが、異物金属Ｘが面Ｓ上に置かれ（または近接し）、ある正電極１４Ａおよび負電極１４Ｂに跨って配置されると、以下のようになる。即ち、この異物金属Ｘに対向する正電極１４Ａおよび負電極１４Ｂ間において、電気的短絡（ショート）（正電極１４Ａ，負電極１４Ｂ間の印加電圧が直流電圧の場合）、あるいは容量性結合（印加電圧が交流電圧の場合）が生じる。これにより、正電極１４Ａおよび負電極１４Ｂ間におけるインピーダンスＺがＺ１に降下する（容量はＣ１に増加する）。従って、検出回路１１１は、このときのインピーダンスＺの変化量Ｂ１と上記した閾値Ａ１とを比較し、この変化量Ｂ１が閾値Ａ１以上であれば、“異物金属あり”と判断する。

他方、面Ｓ上に携帯電話機２（ＣＥ機器）が置かれた場合も、携帯電話機２にコイルや回路基板を含む金属層２Ａ（金属部材）が存在することから、上記異物金属Ｘの場合と同様、インピーダンスＺ、容量Ｃに若干の変化が生じる。ところが、この場合の変化量（変化量Ｂ２）は、図５（Ａ），（Ｂ）に示したように、異物金属Ｘの変化量Ｂ１に比べ極めて小さいものとなる（∞（Ｚ０）＞Ｚ２＞＞Ｚ１）。これは、携帯電話機２等のＣＥ機器において、金属層２Ａが、樹脂等よりなる筐体２２の内部に設けられているため、少なくとも筐体２２の厚みｄ１分、面Ｓから離れて配置されるためである。従って、異物金属Ｘが置かれた場合の上記変化量Ｂ１と、携帯電話機２が置かれた場合の変化量Ｂ２をすみ分けるための閾値Ａ１の設定が容易であり、この閾値Ａ１を用いて、異物金属Ｘと、給電対象物としての携帯電話機２との選別を精度良く行うことができる（誤判断が生じにくい）。

このように、本実施の形態では、検出回路１１１が、所定のパターンで形成された正電極１４Ａおよび負電極１４Ｂ間に電圧を印加し、そのインピーダンス、電流、電圧等のパラメータに変化量に基づいて、異物金属Ｘの有無を検出する。そして、異物検出Ｘありと検出された場合には、制御回路１１０は、直ちに以下のような制御を行う。即ち、例えば、１次側コイル１０への電力供給を停止（充電を停止）したり、供給電力を低下させる（電力削減をする）制御を行う。あるいは、異物金属が置かれている旨（異物金属が検出された旨）を、何らかの手段（例えば、図１に示した警告ランプ１２の点灯動作や、図示しない表示画面や警告音等）を用いて、ユーザに提示する等の制御を行う。

（電極パターンによる作用）
ところで、本実施の形態では、上述のように充電トレー１に形成された電極パターン（正電極１４Ａ，負電極１４Ｂ）間に電気的短絡または容量性結合が発生することを利用して異物金属の検出を行うが、その電極パターンの形状による具体的な作用について、以下説明する。

ここで、図６に、本実施の形態の比較例に係る電極パターンの平面構成について模式的に示す。比較例では、電極パターンとして、複数の正電極１００Ａおよび複数の負電極１００Ｂが交互に、かつ互いに離隔して配置されるが、各正電極１００Ａおよび各負電極１００Ｂが、平板状のいわゆるベタ電極となっている。このようなベタ電極を用いた場合であっても、勿論、異物金属により各電極間に生じる電気的短絡または容量性結合を利用して、上記のような異物検出が可能である。ところが、この場合、正電極１００Ａおよび負電極１００Ｂが、１次側コイル１０の放射側を覆うように配置されることになるため、渦電流が発生し易くなる。

一方、本実施の形態では、上述のように、正電極１４Ａおよび負電極１４Ｂが充電トレー１の上面に平行な面内において点状形状を有し、互いに離散して配置されている。このような構成により、渦電流が発生しづらく、アンテナパターン層１５において発生した磁力線（磁束）を、１次側コイル１０と鎖交する方向に形成することができる。

また、これらの正電極１４Ａおよび負電極１４Ｂの形状は、平面的には点状であるが、断面でみるとピン状となっており、即ちアンテナパターン層１５および磁性体層１６を貫通し、アンテナパターン層１５の表面（充電トレー１の上面）側に露出している。磁性体層１７が設けられていることにより、アンテナパターン層１５の１次側コイル１０において発生した磁力線が回路基板１７の下面側へ抜け、回路基板１７が熱くなることが防止される。

以上のように、本実施の形態では、充電トレー１の上面側に、正電極１４Ａおよび負電極１４Ｂが離散配置され、これらの正電極１４Ａおよび負電極１４Ｂ間に電圧を印加する。これにより、正電極１４Ａおよび負電極１４Ｂ間に跨った領域に異物金属Ｘがある場合には、正電極１４Ａおよび負電極１４Ｂ間において電気的短絡または容量性結合が生じ、インピーダンス等のパラメータが変化する。従って、そのような電極間の電気的短絡または容量性結合に基づくパラメータの変化量を、異物金属検出用の所定の閾値Ａ１と比較することにより、異物金属Ｘの有無を検出することができる。また、異物金属Ｘに起因する上記パラメータの変化量は、携帯電話機２が置かれた場合の変化量に比べ十分に大きくなることから、異物金属Ｘと携帯電話機２（給電対象物）とを、閾値Ａ１によって容易に選別可能である。そして、異物金属Ｘが検出された場合には、直ちに充電停止、供給電力低減、警告等の措置を講じることで、異物金属の加熱を防ぐことができる。よって、磁界を用いて給電を行う場合において、給電対象とは異なる異物金属を精度良く検出して、その異常過熱を防ぐことが可能となる。

以下、上記実施の形態の変形例（変形例１〜６）について説明する。尚、上記実施の形態と同様の構成要素については、同一の符号を付し適宜説明を省略する。

＜変形例１＞
図７（Ａ），（Ｂ）は、変形例１に係る異物金属検出動作を説明するための模式図である。本変形例の異物金属検出動作は、上記実施の形態の異物金属検出動作と同様、所定のパラメータの変化量と所定の閾値との比較（大小関係の比較）により、異物金属の有無を検出するものである。但し、本変形例では、異物金属Ｘの表面が酸化している場合や、その表面にめっき処理が施されている場合であっても、精確な検出を可能にするものである。

具体的には、本変形例では、検出回路１１１が、上記閾値Ａ１の他に、この閾値Ａ１とは異なる（ここでは、閾値Ａ１よりも小さな）閾値Ａ２（第２の閾値）を有している。この閾値Ａ２は、表面に酸化膜やめっき膜（被膜Ｙとする）を有する異物金属Ｘを検出するための閾値であり、その被膜Ｙの厚みｄ２の分だけ、充電トレー１の面Ｓから離れて配置されることを考慮して設定されている。この異物金属Ｘが被膜Ｙを有する場合のインピーダンスＺ１’および容量Ｃ１’の変化量は、図７（Ａ），（Ｂ）に示したように、被膜Ｙがない場合の変化量に比べて小さくなるが、上記と同様、携帯電話機２による変化量に対しては、十分に大きなものとなる（Ｚ１＜Ｚ１’＜＜Ｚ２）。

従って、検出回路１１１が、閾値Ａ１に加え、被膜Ｙの厚みｄ２を考慮した閾値Ａ２（Ａ１＞Ａ２）を用いて異物金属Ｘの有無を検出する、換言すると、パラメータの変化量と閾値Ａ２との大小関係をも考慮して異物金属Ｘの有無を検出することにより、以下の効果が得られる。即ち、上記実施の形態と同様の効果を得ると共に、異物金属Ｘの表面に酸化膜やめっき膜等の被膜Ｙが形成されている場合であっても、精確な検出が可能となる。また、印加電圧として交流電圧を用いることにより、このような被膜Ｙを有する異物金属Ｘの検出をより精度良く行うことができる。これにより、例えば、ステンレス等の酸化し易い金属に対しても良好な検出を行うことができる。

更に、例えば図７（Ｃ）に示したように、充電トレー１の放射面（面Ｓ）上、具体的には正電極１４Ａ，負電極１４Ｂの表面に、上記した酸化膜やめっき膜（被膜Ｙ’とする）が形成されている場合であっても、上記と同様にして異物金属Ｘの検出を精度良く行うことができる。即ち、閾値Ａ１に加え、例えば、被膜Ｙ’の厚みｄ３を考慮した閾値Ａ３（Ａ１＞Ａ３）を用いて（パラメータの変化量と閾値Ａ３との大小関係をも考慮して）、異物金属Ｘの有無を検出することにより、上記と同様の効果を得ることが可能である。

＜変形例２＞
図８（Ａ）は、変形例２に係る検出回路１１１の一例を表す回路図である。本変形例の検出回路１１１は、交流信号源１１１−１、インバータ回路（論理否定回路）１１１−２、共振回路１１１−３、抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４、およびコンパレータ（比較器）１１１−４を有している。

交流信号源１１１−１は、所定の周波数（後述する共振周波数ｆ０）からなる交流信号を出力する信号源（発振源）である。インバータ回路１１１−２は、この交流信号源１１１−１から入力される交流信号の論理否定信号を出力する回路である。

共振回路１１１−３は、インダクタ１１１Ｌ（インダクタンス成分）と（可変）容量素子１１１Ｃ（容量成分）とを用いて構成されている。具体的には、この共振回路１１１−３は、これらのインダクタ１１１Ｌおよび容量素子１１１Ｃが互いに直列接続されてなる直列共振回路（ＬＣ直列共振回路）である。即ち、ここではインダクタ１１１Ｌの一端はインバータ回路１１１−２の出力端子に接続され、他端は容量素子１１１Ｃの一端に接続されている。ここで、容量素子１１１Ｃは、充電トレー１における正電極（例えば前述した正電極１４Ａ）および負電極（例えば前述した負電極１４Ｂ）の間に形成される（可変）容量素子（容量成分）である。

尚、本変形例の検出回路１１１では、このような直列共振回路としての共振回路１１１−３の代わりに、以下のような他の共振回路を用いるようにしてもよい。具体的には、例えば図８（Ｂ）に示したような並列共振回路（ＬＣ並列共振回路）としての共振回路１１１−５を用いてもよい。このような共振回路１１１−５もまた、上記したインダクタ１１１Ｌと容量素子１１１Ｃとを用いて構成されている。

このような共振回路１１１−３，１１１−５において、以下の（１）式で規定される共振周波数ｆ０にて、後述のように共振させる。これにより、図８（Ａ）中に示した入力電圧Ｖinに基づいて出力電圧Ｖoutを生成し、出力するようになっている。

抵抗器Ｒ１（インピーダンス値：Ｚｒ）の一端は、容量素子１１１Ｃの他端および抵抗器Ｒ２の一端に接続され、抵抗器Ｒ１の他端は接地されている。抵抗器Ｒ２の他端は、コンパレータ１１１−４の正極入力端子に接続されている。抵抗器Ｒ３の一端は、所定の電源Ｖｃｃに接続され、他端は、抵抗器Ｒ４の一端およびコンパレータ１１１−４の負極入力端子に接続されている。抵抗器Ｒ４の他端は接地されている。

コンパレータ１１１−４は、正極入力端子に入力される電圧（上記した出力電圧Ｖoutに対応する電圧）と、負極入力端子に入力される所定の定電圧（閾値電圧）との大小関係を比較し、その比較結果（異物金属の検出結果に対応）を出力端子から出力する回路である。

ここで、本変形例の検出回路１１１では、上記した共振回路１１１−３（または共振回路１１１−５、以下同様）を利用して、インピーダンスの変化を増大させる。具体的には、共振回路１１１−３では、図９（Ａ），（Ｂ）に示したように、自己に固有の共振周波数ｆ０を有し、この共振周波数ｆ０付近の周波数とそれ以外の周波数帯域とにおいて、共振回路１１１−３のインピーダンスＺの値や、共振回路１１１−３からの出力電圧Ｖoutの値が大きく異なる。例えば、図９（Ａ）に示したように、共振周波数ｆ０とそれから周波数幅Δｆだけ異なる周波数ｆ１とにおいては、インピーダンスＺの値においてΔＺ分の差が生じる。このため、出力電圧Ｖoutは、共振していないとき（例えば、上記した周波数ｆ１のとき）は以下の（２）式、共振しているとき（共振周波数ｆ０のとき）は、以下の（３）式でそれぞれ示される値となる。

このように、本変形例の検出回路１１１は、共振回路１１１−３を利用することにより、図９（Ａ），（Ｂ）に示される大きなパラメータの変化量（インピーダンスＺにおける幅ΔＺに対応する変化量や、上記（２），（３）式で示される出力電圧Ｖoutの差に対応する変化量）を用いて異物検出を行う。具体的には、まず、交流信号源１１１−１から出力される交流信号の周波数を予め共振周波数ｆ０に設定しておき、共振させる。そして、異物金属の有無に応じた容量素子１１１Ｃの容量値（前述した容量Ｃ）の変化（即ち、インピーダンスＺの変化）を利用して共振を停止し、大きなパラメータ（インピーダンスＺ，出力電圧Ｖout）の値を得るようにする。これにより、コンパレータ１１１−４において異物金属の有無を判定する際に、検出感度を向上させることが可能となる。

従って、本変形例では、例えば容量素子１１１Ｃにおける異物検出の有無に応じた容量変化量が微小（例えば、数ｐＦ程度）であるような場合であっても、そのようなパラメータ変化量を、共振を利用して大幅に増大させることができる。よって、上記実施の形態と比べ、異物金属の検出感度を向上させる（誤検出を低減する）ことが可能となる。

尚、本変形例のように、所定の周波数からなる交流信号を用いて異物金属の有無を検出する際には、検出回路１１１は、電力伝送（給電）の際の周波数とは異なる周波数（ここでは共振周波数ｆ０）の信号を用いるようにするのが望ましい。これにより、電力伝送の際の周波数に起因したノイズを低減する（Ｓ／Ｎ比を大きくする）ことが可能となるからである。

＜変形例３＞
図１０は、変形例３に係る電極パターンの平面構成の一例を表すものである。上記実施の形態では、異物金属検出のための電極パターンとして、正電極１４Ａおよび負電極１４Ｂの形状が平面視的に点状（全体としてはピン状）である場合を例に挙げたが、そのような点状に限らず線状であってもよい。この場合、平面視的には、例えば、複数の正電極１８Ａ１および負電極１８Ｂ１（複数組の正電極１８Ａ１および負電極１８Ｂ１）を、それぞれが一方向に延在するように、その延在方向と直交する方向に沿って、交互に、かつ離隔して配置されていればよい。但し、断面的には、上記実施の形態と同様、アンテナパターン層１５および磁性体層１６を貫通して設けられていることが望ましく、即ち各電極の全体形状（外形状）が薄板状であり、その薄板状の幅方向が充電トレー１の上面に直交するような向きで配置される。このような構成であっても、上記実施の形態と同様、各電極間で電気的短絡または容量性結合が発生することを利用して、異物金属の有無を検出することができる。

尚、上記のように複数の正電極１８Ａ１および負電極１８Ｂ１をそれぞれ線状とした場合において、例えば図１１（Ａ）に示したように、各電極の形状が波型となるようにしてもよい。このように構成した場合、図中に示したように、図１０に示したような直線状の場合と比べて異物金属Ｘが電極間を跨ぎ易くすることができ、異物金属Ｘを検出し易くすることが可能となる。また、例えば図１１（Ｂ）に示したように、複数の正電極１８Ａ１および負電極１８Ｂ１をそれぞれ線状とした場合において、これらの電極が格子状の配置となるようにしてもよい。但しこの場合、正電極１８Ａ１，負電極１８Ｂ１同士は電気的に絶縁されるように、格子点が形成されている。

＜変形例４＞
図１２は、変形例４に係る電極パターンの平面構成を表すものである。異物金属検出のための電極パターンとしては、上記のような点状（ピン状）、線状（薄板状）の他にも、本変形例のような櫛歯状の電極であってもよい。この場合、平面的には、例えば櫛歯形状の正電極１８Ａ２および負電極１８Ｂ２（１組の正電極１８Ａ２および負電極１８Ｂ２）を、互いに噛み合わされて、かつそれぞれが接触することなく配置される。但し、断面的には、上記実施の形態と同様、アンテナパターン層１５および磁性体層１６を貫通して設けられており、充電トレー１の上面に直交する方向に厚みを持った構成となっている。このような構成により、上記実施の形態と同様、各電極間で電気的短絡または容量性結合が発生することを利用して、異物金属の有無を検出することができる。また、一対の正電極１８Ａ２および負電極１８Ｂ２を駆動するだけで済むので、回路基板１７における配線レイアウト等を簡易化できる。

尚、本変形例で説明したような櫛歯形状の正電極および負電極がブロック化され、複数組の櫛歯形状の電極対が設けられているようにしてもよい。これにより、電極間の寄生容量成分を小さく抑えることが可能となる。また、本変形例で説明した櫛歯形状の正電極および負電極においても、上記変形例３で説明したような、波型の形状や格子状の配置としてもよい。

＜変形例５＞
図１３は、変形例５に係る電極パターンの平面構成を表すものである。異物金属検出のための電極パターンとしては、これまで説明した形状の他にも、本変形例のような、馬蹄形状（略Ｕ字状，所定の切り欠きを有する略環状）の電極であってもよい。具体的には、本変形例では、このような馬蹄形状からなる複数組の正電極１８Ａ３および負電極１８Ｂ３が、互いに離間しつつ、交互に同心状（同心円状）に配置されている。そして、このような配置からなる複数組の正電極１８Ａ３，負電極１８Ｂ３のユニットが、複数設けられている。このような構成により、上記実施の形態と同様、各電極間で電気的短絡または容量性結合が発生することを利用して、異物金属の有無を検出することができる。

＜変形例６＞
図１４は、変形例６に係る電子機器（携帯電話機２）の概略構成を表す断面図である。本変形例の携帯電話機２では、筐体２２が前述した金属層２Ａ（金属部材）の全面を覆わないようになっており、この金属層２Ａの一部が機器外部に露出している。そして、この携帯電話機２では、金属層２Ａにおける機器外面側の少なくとも一部（ここでは、機器外面上の一部）に、絶縁部材としての複数の突起部２３が設けられている。

これにより、金属層２Ａの露出面側を充電トレー１上に置くような場合であっても、充電トレー１における異物金属の検出面（面Ｓ）と、携帯電話機２における金属層２Ａとの間が、所定の距離（ここでは距離ｄ１）を隔てられるようになる。従って、このように金属層２Ａの一部が外部に露出しているような構造の携帯電話機２を充電する際であっても、この携帯電話機２が異物金属であると誤検出（誤認識）することを回避することが可能となる。

尚、上記した複数の突起部２３の代わりに、金属層２Ａにおける機器外面側の少なくとも一部に、絶縁部材の他の例としての絶縁層（樹脂層）等を設けるようにしてもよい。

以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚み等は限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよい。

また、上記実施の形態等では、本発明の給電装置として、携帯電話機２等の小型のＣＥ機器向けの充電トレー１を例に挙げたが、本発明の給電装置は、そのような家庭用の充電トレー１に限定されず、様々な電子機器の充電器として適用可能である。また、必ずしもトレーである必要はなく、例えば、いわゆるクレードル等の電子機器用のスタンドであってもよい。

更に、上記実施の形態等では、正電極および負電極に対し交流電圧を印加する場合を例に挙げたが、これらの電極への印加電圧としては、交流電圧に限らず直流電圧であってもよい。但し、表面に酸化膜やめっき膜が形成された異物金属の検出に際しては、上述のように交流電圧を用いることが望ましい。

加えて、パラメータの変化量と閾値との大小関係に応じた異物の検出動作は、上記実施の形態等で説明した手法には限られない。例えば、パラメータによっては、パラメータの変化量が閾値よりも小さい場合に、異物が有ると判断するようにしてもよい。また、このときの閾値としては、予め定められた固定値ではなく、例えばユーザによる操作や使用状況に応じた自動制御に従って変化する可変値であってもよい。

また、上記実施の形態等では、電源プラグを用いて外部の交流電源と接続されていたが、この他にも、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）電源やＡＣアダプタを利用して外部から電力供給を受けるようにしてもよい。

更に、上記実施の形態等では、本発明の送電部として、充電トレー１の上面に沿った渦巻き状の１次側コイル１０を例に挙げたが、このような渦巻き状のコイル形状に限定されず、例えば螺旋状に成形され、充電トレー１の上面と直交する方向に所定の厚みを有していてもよい。

加えて、上記実施の形態では、充電トレー１の各構成要素を具体的に挙げて説明したが、全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素を更に備えていてもよい。

１…充電トレー、１０…１次側コイル、１１…回路部（送電側）、１１１…検出回路、１１１−１…交流信号源、１１１−３，１１１−５，１１１−６…共振回路、１１１−４…コンパレータ、１１１Ｌ…インダクタ、１１１Ｃ…容量素子（容量成分）、１２…警告ランプ、１３…電源プラグ、１４Ａ，１８Ａ１，１８Ａ２，１８Ａ３…正電極、１４Ｂ，１８Ｂ１，１８Ｂ２，１８Ｂ３…負電極、１５…アンテナパターン層、１６…磁性体層、１７…回路基板、２…携帯電話機、２Ａ…金属層、２０…２次側コイル、２１…回路部（受電側）、２２…筐体、２３…突起部。

Claims (16)

1. 磁界を用いて電力伝送を行う送電部と、
   互いに離隔して配置された複数組の第１および第２の電極と、
   前記第１および第２の電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、
   前記電圧印加手段による電圧印加結果に基づいて、異物の有無を検出する検出部と
   を備え、
   複数の前記第１および第２の電極はそれぞれ平面視的に点状形状を有し、前記第１および第２の電極が交互に、かつ離散して配置されている
   給電装置。
2. 前記送電部は、
   前記コイルと、
   前記検出部を有する回路基板と、
   前記回路基板と前記コイルとの間に設けられた磁性体層とを有する
   請求項１に記載の給電装置。
3. 前記第１および第２の電極はそれぞれ、前記コイル側から前記回路基板側へ向かって前記磁性体層の少なくとも一部を貫通して設けられている
   請求項２に記載の給電装置。
4. 前記第１および第２の電極間への印加電圧は交流電圧である
   請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の給電装置。
5. 前記検出部は、前記第１および第２の電極間のインピーダンス、電流および電圧のうちの少なくとも１つのパラメータの変化に基づいて、前記異物の有無を検出する
   請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の給電装置。
6. 前記検出部は、前記送電部上に物体が置かれていない状態における前記パラメータの値を基準としたパラメータの変化量と、所定の第１の閾値との大小関係に応じて、前記異物の有無を検出する
   請求項５に記載の給電装置。
7. 前記第１および第２の電極間への印加電圧は交流電圧であり、
   前記検出部は、更に、前記パラメータの変化量と、前記第１の閾値とは異なる所定の第２の閾値との大小関係をも考慮して、前記異物の有無を検出する
   請求項６に記載の給電装置。
8. 前記検出部は、交流信号源、容量素子およびインダクタを有する
   請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の給電装置。
9. 前記容量素子は、前記第１および第２の電極間に設けられている
   請求項８に記載の給電装置。
10. 前記検出部は、前記容量素子と前記インダクタとを含む共振回路を利用して前記異物の有無を検出する
    請求項９に記載の給電装置。
11. 前記検出部は、前記送電部による電力伝送の際の周波数とは異なる周波数の交流信号を用いて、前記異物の有無を検出する
    請求項１に記載の給電装置。
12. 前記検出部によって前記異物があると検出された場合に、前記送電部による電力伝送の停止もしくは電力低減の制御、または、前記異物が検出された旨のユーザへの提示を行う
    請求項１に記載の給電装置。
13. 給電装置から磁界を用いて電力伝送を行う際に、前記給電装置において互いに離隔配置された複数組の第１および第２の電極間に電圧を印加することにより、異物の有無を検出し、
    複数の前記第１および第２の電極はそれぞれ平面視的に点状形状を有し、前記第１および第２の電極が交互に、かつ離散して配置されている
    給電方法。
14. １または複数の電子機器と、
    前記電子機器への電力伝送を行う給電装置と
    を備え、
    前記給電装置は、
    磁界を用いて前記電力伝送を行う送電部と、
    互いに離隔して配置された複数組の第１および第２の電極と、
    前記第１および第２の電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、
    前記電圧印加手段による電圧印加結果に基づいて、異物の有無を検出する検出部と
    を有し、
    複数の前記第１および第２の電極はそれぞれ平面視的に点状形状を有し、前記第１および第２の電極が交互に、かつ離散して配置されている
    給電システム。
15. 前記電子機器は、
    金属部材と、
    前記金属部材における機器外面側の少なくとも一部に設けられた絶縁部材と
    を有する請求項１４に記載の給電システム。
16. 前記絶縁部材が、前記金属部材における機器外面上に設けられた複数の突起部である
    請求項１５に記載の給電システム。

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