JP5872374B2 - 無接点給電方法 - Google Patents

Description

本発明は、送電コイルと受電コイルとを電磁結合するように互いに接近して配置し、送電コイルから受電コイルに電磁誘導作用で給電する無接点給電方法に関し、とくに給電台に異物がセットされたことを検出する無接点給電方法に関する。

送電コイルを内蔵する給電台に、受電コイルを内蔵する携帯機器をセットして、送電コイルから受電コイルに電力搬送する無接点給電方法は開発されている。（特許文献１参照）

この無接点給電方法は、給電台を充電台とし、携帯機器を電池内蔵機器として、充電台から電池内蔵機器に電力搬送して、電池内蔵機器の電池を充電する。無接点充電するために、給電台の送電コイルに、携帯機器の受電コイルを接近させて、送電コイルから受電コイルに給電する。受電コイルに誘導される電力で内蔵電池が充電される。この給電方法は、コネクタを介して携帯機器を給電台に接続する必要がなく、無接点方式で携帯機器に電力搬送できる。

この給電方法は、給電台から給電している状態で、給電台にクリップなどの金属片からなる異物が載せられると、異物に誘電電流が流れてジュール熱で発熱する弊害がある。また、異物に誘導電流が流れて無駄に電力を消費するので、給電台から携帯機器に効率よく給電できない欠点もある。この欠点を解消するために、特許文献１の充電台は、異物を検出する温度センサを上面に縦横に並べて多数に配置している。温度センサは、充電台に載せられた異物が発熱するのを検出する。この充電台は、上に金属製の異物を載せる状態で、送電コイルに交流電力を供給すると、異物に誘電電流が流れて発熱するので、この異物の発熱を、近くに配置している温度センサで検出する。

特開２００８−１７５６２号公報

以上の充電台は、異物を検出するための温度センサと、この温度センサの検出温度から異物判定する判定回路を設ける必要があるので、異物検出のための回路構成が複雑で製造コストが高くなる欠点がある。また、温度センサから離れてセットされる異物を安定して確実に検出できなかったり、検出時間が相当に遅くなって異物が高温に発熱する等の欠点がある。さらに、以上の充電台は、異物の発熱を温度センサで検出して異物がセットされたことを判定するので、異物が加熱されない状態で安全に異物検出できない欠点もある。

本発明は、さらに以上の弊害を解消することを目的に開発されたもので、本発明の大切な目的は、簡単な回路構成で製造コストを安価にしながら、セットされる異物を速やかに安定して確実に検出できる無接点給電方法を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、安全に異物検出できる無接点給電方法を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の無接点給電方法は、送電コイル１１を備える給電台１０に、受電コイル５１を内蔵する携帯機器５０をセットし、給電台１０の送電コイル１１に携帯機器５０の受電コイル５１を電磁結合して、送電コイル１１から受電コイル５１に電磁誘導作用で電力搬送する。さらに、携帯機器５０から給電台１０に、給電台１０の出力を調整する増減要求信号を伝送する。給電台１０は増減要求信号に基づいて送電コイル１１の出力を調整して、携帯機器５０の要求電力を給電する。さらに、以上の無接点給電方法は、給電台１０の出力を出力電力閾値以下に制限し、携帯機器５０は、給電台１０から給電される受電電力を要求電力に比較して、受電電力が要求電力よりも小さいと増減要求信号として増加要求信号を給電台１０に伝送し、受電電力が要求電力よりも大きいと減少要求信号を給電台１０に伝送する。また、給電台１０は、増加要求信号と減少要求信号でもって出力を調整すると共に、あらかじめ設定している設定時間、継続して携帯機器５０から増加要求信号が伝送されると、給電台１０に異物がセットされたと判定する。

以上の無接点給電方法は、簡単な回路構成として製造コストを低コストとしながら、給電台にセットされる異物を速やかに安定して確実に検出できる特徴がある。この特徴は、以上の無接点給電方法が、給電台の最大出力を出力電力閾値に制限しながら、携帯機器から給電台に、出力の増減を要求する増加要求信号と減少要求信号を伝送して、給電台が出力を出力電力閾値に制限して調整し、さらに、あらかじめ設定している設定時間継続して増加要求信号が出力されることを検出して、給電台の異物を検出するからである。
以上の無接点給電方法は、給電台に異物がセットされると、異物が送電コイルの電力を吸収して送電効率が低下する。送電効率が低下すると、携帯機器の受電電力が低下して、要求電力よりも低くなる。この状態になると、携帯機器は増加要求信号を出力する。給電台は増加要求信号を検出して出力を増加させるが、最大出力を出力電力閾値に制限する。給電台が、出力を出力電力閾値まで増加しても、携帯機器の受電電力は要求電力に至らず、携帯機器は増加要求信号を出力し続ける。すなわち、給電台に異物がセットされると、携帯機器は増加要求信号を出力し続ける。給電台は、携帯機器から継続して出力される増加要求信号を検出して、異物がセットされたと判定する。
以上の無接点給電方法は、給電台の出力を出力電力閾値に制限するので、異物が大電力で高温に加熱される弊害も防止できる。
また、以上の無接点給電方法は、携帯機器が出力し続ける増減要求信号を検出して異物判定するので、異物検出のために給電台に温度センサ等を設ける必要がなく、回路構成を簡単にできる。

また、以上の無接点給電方法は、従来のように異物の発熱を温度センサで検出して異物判定するのでなく、異物がセットされると、送電効率が低下して、携帯機器が増減要求信号を出力し続けることを検出して、異物検出するので、安全に異物検出できる特徴が実現される。

本発明の無接点給電方法は、携帯機器５０の要求電力で出力電力閾値を変更し、要求電力が大きくなると出力電力閾値を大きくすることもできる。
以上の無接点給電方法は、携帯機器の要求電力が大きくなると出力電力閾値を大きくするので、携帯機器に必要とする電力を給電しながら、異物検出できる特徴がある。

本発明の無接点給電方法は、携帯機器５０の受電電力と異物３０を検出する状態における異物検出閾値（効率）から出力電力閾値を設定することができる。
この無接点給電方法は、携帯機器に所定の電力を供給する状態としながら異物検出できる特徴がある。

本発明の無接点給電方法は、携帯機器５０の定格最大電力から出力電力閾値を設定することができる。
この無接点給電方法は、給電台の出力を、携帯機器の定格最大電力に対して最適な出力電力閾値に設定して、すなわち、携帯機器に好ましい電力を供給しながら異物検出できる特徴がある。

さらに、本発明の無接点給電方法は、携帯機器５０の定格最大電力と送電効率から出力電力閾値を設定することができる。
この無接点給電方法は、給電台の出力を、携帯機器の定格最大電力と送電効率から最適な出力電力閾値に設定して、携帯機器に所定の電力を供給しながら異物検出できる特徴がある。

本発明の無接点給電方法は、給電台１０を充電台１０Ａとし、携帯機器５０を電池内蔵機器５０Ａとして、充電台１０Ａから電池内蔵機器５０Ａに給電される電力で電池内蔵機器５０Ａの電池５２を充電することができる。
この無接点給電方法は、電池内蔵機器を充電台にセットして、充電台から電池内蔵機器に電力搬送して、電池内蔵機器の電池を充電しながら、充電台に異物がセットされたことも確実に検出できる。

さらに、本発明の無接点給電方法は、電池内蔵機器５０Ａが電池５２を定電圧・定電流にて充電することができる。
この無接点給電方法は、リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池等の電池を、定電圧・定電流特性で安定して充電できる。

本発明の実施例にかかる無接点給電方法で電力搬送する給電台と携帯機器のブロック図である。 要求電力に対する出力電力閾値と送電効率を示すグラフである。 位置決め部機構で定位置にセットされる携帯機器と給電台を示す概略断面図である。 給電台に異物と携帯機器がセットされた状態を示す断面図である。 異物がセットされない状態で携帯機器から出力される増減要求信号を示す出力図である。 異物がセットされる状態で携帯機器から出力される増加要求信号を示す出力図である。 給電台に異物がセットされたかどうかを判定するフローチャートである。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための無接点給電方法を例示するものであって、本発明は無接点給電方法を以下の方法や回路構成に特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１は、本発明の無接点給電方法で電力搬送する給電台と携帯機器を示すブロック図である。この図は、給電台１０の上に携帯機器５０を載せて、給電台１０から携帯機器５０に給電する状態を示している。以下の実施例は、給電台１０を充電台１０Ａとし、携帯機器５０を電池内蔵機器５０Ａとして、充電台１０Ａから電池内蔵機器５０Ａに給電して、電池内蔵機器５０Ａの電池５２を充電する状態を示している。

ただし、本発明は、給電台を充電台として、携帯機器を電池内蔵機器に特定するものではない。携帯機器は照明器具や充電アダプタとして、給電台から携帯機器に給電して、携帯機器に電力供給することができる。照明の携帯機器は、給電台から給電される電力で光源を点灯し、充電アダプタの携帯機器は、給電台から給電される電力でもって、充電アダプタに接続される電池内蔵機器に電池の充電電力を供給して、電池内蔵機器の電池を充電する。また、携帯機器は、パック電池であっても良い。

図１の携帯機器５０は電池内蔵機器５０Ａで、この携帯機器５０は、給電台１０の送電コイル１１に電磁結合される受電コイル５１を内蔵している。受電コイル５１に誘導される受電電力で電池５２を充電する。したがって、図１の携帯機器５０は、電池５２と、受電コイル５１と、この受電コイル５１に誘導される交流を直流に変換する整流回路５６と、整流回路５６の出力から受電電力を検出して、この受電電力を、電池５２を充電するために必要な電力である要求電力に比較して増減要求信号を出力する電力検出回路５５と、整流回路５６から出力される直流で電池５２を充電する充電電流や電圧を調整する充電制御回路５３と、電池５２の充電電流を検出する電流検出回路５７と、電流検出回路５７で検出される検出電流を給電台１０に伝送する伝送回路５４とを備える。

電池５２は、リチウムイオン電池又はリチウムポリマー電池である。ただし、電池は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池などの充電できる全ての電池とすることができる。携帯機器５０は、１個ないし複数の電池５２を内蔵している。複数の電池５２は、直列又は並列に接続され、あるいは直列と並列に接続される。

整流回路５６は、図示しないが、受電コイル５１に誘導される交流をダイオードブリッジで全波整流して脈流を平滑コンデンサーで平滑化する。整流回路は、ダイオードブリッジで交流を整流するが、整流回路には、ＦＥＴをブリッジに接続して、交流に同期してＦＥＴをオンオフに切り換えて整流する同期整流回路も使用できる。ＦＥＴの同期整流回路はオン抵抗が小さく、整流回路の発熱を少なくして、携帯機器のケース内温度の上昇を少なくできる。また、平滑コンデンサーは必ずしも必要でなく、ダイオードブリッジや同期整流回路の出力で電池を充電することもできる。

電力検出回路５５は、所定の周期で、整流回路５６から出力される受電電力を要求電力に比較して、伝送回路５４を介して給電台１０に増減要求信号を出力する。電力検出回路５５は、整流回路５６の出力電圧と電流の積から受電電力を検出する。増減要求信号は、給電台１０の出力を増加させる増加要求信号と、出力を小さくする減少要求信号の何れかで、増加要求信号は受電電力が要求電力よりも小さいときに出力され、減少要求信号は受電電力が要求電力よりも大きいときに出力される。電力検出回路５５は、電池５２のタイプ、容量、電圧、充電電流などから要求電力を特定する。リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池を充電する電池内蔵機器５０Ａは、電池５２を定電圧・定電流特性で充電するので、電池５２が満充電に近づくにしたがって充電電流は減少する。したがって、電池５２が満充電に近づくにしたがって要求電力を小さくする。電力検出回路５５は、負荷に最適な電力を供給できるように、受電電力を要求電力に比較して、増減要求信号を給電台１０に伝送する。図１は、携帯機器５０を電池内蔵機器５０Ａとして、受電電力で電池５２を充電する。この携帯機器５０は、要求電力を電池５２の充電電力とするが、携帯機器は必ずしも電池内蔵機器とせず、要求電力を携帯機器の負荷に供給する電力とする。

充電制御回路５３は、リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池等を定電圧・定電流充電し、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池を定電流充電する。さらに、充電制御回路５３は、電池５２の満充電を検出して、満充電信号を伝送回路５４を介して給電台１０に伝送する。給電台１０は、伝送回路５４から伝送される満充電信号を受信回路１４で検出する。満充電信号を検出すると、コントロール回路１３は交流電源１２を制御して、送電コイル１１への電力供給を停止させる。

伝送回路５４は、携帯機器５０から給電台１０に、給電台１０の出力を増加又は減少するための増加要求信号と減少要求信号、電池５２の充電電流、電池５２の電圧、電池５２の満充電信号、ＩＤ信号などの種々の伝送信号を伝送する。伝送回路５４は、受電コイル５１の負荷インピーダンスを変化させて、送電コイル１１に種々の伝送信号を伝送する。この伝送回路５４は、図示しないが、受電コイル５１に変調回路を接続している。変調回路は、コンデンサーや抵抗等の負荷とスイッチング素子とを直列に接続して、スイッチング素子のオンオフを制御して種々の伝送信号を給電台１０に伝送する。

給電台１０の受信回路１４は、送電コイル１１のインピーダンス変化、電圧変化、電流変化等を検出して、伝送回路５４から伝送される伝送信号を検出する。受電コイル５１の負荷インピーダンスが変化すると、これに電磁結合している送電コイル１１のインピーダンスや電圧や電流が変化するので、受信回路１４は、これ等の変化を検出して、携帯機器５０の伝送信号を検出することができる。

ただし、伝送回路は、搬送波を変調して伝送する回路、すなわち送信機とすることもできる。この伝送回路から伝送される伝送信号の受信回路は、搬送波を受信して、伝送信号を検出する受信器である。伝送回路と受信回路とは、携帯機器から給電台に伝送信号を伝送できる全ての回路構成とすることができる。

電流検出回路５７は、電池５２の充電電流を検出する。図２の電流検出回路５７は、電池５２と直列に接続している電流検出抵抗５７Ａと、この電流検出抵抗５７Ａの両端の電圧を増幅する差動アンプ５７Ｂとを備えており、差動アンプ５７Ｂの出力から電池５２の充電電流を検出する。電池５２の充電電流は整流回路５６の出力、すなわち受電コイル５１に誘導される電力の出力となる。したがって、電池５２の充電電流は、整流回路５６の出力電流を検出して検出することができ、また、受電コイル５１の出力を検出して検出することもできる。

給電台１０は、ケース２０の上面に、携帯機器５０を一定の位置にセットして載せる上面プレート２１を設けて、この上面プレート２１の内側に送電コイル１１を配置している。送電コイル１１は、交流電源１２を接続して、交流電源１２をコントロール回路１３で制御している。

コントロール回路１３は、携帯機器５０から伝送される増減要求信号で交流電源１２を制御して、送電コイル１１に供給する電力を調整する。コントロール回路１３は、受信回路１４から入力される増加要求信号で送電コイル１１に出力する電力を増加し、減少要求信号で送電コイル１１への出力を小さくして、携帯機器５０から要求された要求電力を給電する。ただ、コントロール回路１３は、交流電源１２の出力を出力電力閾値以下に制限する。すなわち、交流電源１２の最大出力を出力電力閾値に制限する。コントロール回路１３は、増加要求信号によって交流電源１２の出力を出力電力閾値まで増加させるが、交流電源１２の出力が出力電力閾値まで増加される状態においては、増加要求信号を検出しても、交流電源１２の出力を増加させない。コントロール回路１３は、交流電源１２の出力を常に出力電力閾値以下に制限する。

図２の曲線Ａは、出力電力閾値を示している。この図は、充電電流及び要求電力に対する出力電力閾値を示している。なお、この図は、電池の電圧を４Ｖとする状態における充電電流及び要求電力を横軸として、これらの充電電流及び要求電力に対する出力電力閾値の変化を曲線Ａで示している。この図の出力電力閾値は、携帯機器５０の要求電力によって変化し、要求電力が設定値から増加するにしたがって次第に増加する。携帯機器５０を電池内蔵機器５０Ａとし、給電台１０を充電台１０Ａとする具体例において、携帯機器５０の要求電力は内蔵する電池５２の充電電流に比例する。電池５２を充電する電力が、電池５２の充電電流と電圧の積となるからである。この図の曲線Ａで示す出力電力閾値は、設定値以下の範囲において一定値、設定値から増加するにしたがって、要求電力に比例して増加する。出力電力閾値は、図の鎖線の曲線Ｂで示すように、要求電力が増加するにしたがって増加するように設定することもできる。

コントロール回路１３は、交流電源１２の出力を、図２の曲線Ａに示す出力電力閾値に制限しながら、送電コイル１１への出力を調整する。図２に示す出力電力閾値は、受電電力と、異物を検出する状態における異物検出閾値（効率）から特定することができる。異物検出閾値（効率）は、電力を停止せず、かつ異物の温度上昇が許容できる温度となる送電効率とする。異物検出閾値（効率）は、たとえば、異物のない状態における送電効率よりも１５％〜３０％低い値とする。例えば、異物検出閾値（効率）を４５％とし、受電電力を３．６Ｗとすると、この受電電力における出力電力閾値は３．６Ｗ／０．４５（４５％）から算出して８Ｗとなる。このコントロール回路１３は、受電電力を３．６Ｗとする状態で、交流電源１２の出力を８Ｗ以下に制限して、携帯機器５０に電力搬送する。

出力電力閾値を図２の曲線Ａに示すように設定する給電台１０は、以下のようにして携帯機器５０に電力を供給し、また異物を検出する。
携帯機器５０の電池内蔵機器５０Ａが４Ｖの電池５２を０．５Ａで定電流充電するとき、すなわち携帯機器５０が要求電力を２Ｗとするとき、給電台１０は出力電力閾値を約４Ｗに制限して、携帯機器５０に電力を供給する。この状態において、異物がセットされない状態での送電効率を、図２の曲線Ｃで示すように約６５％とすれば、給電台１０は、交流電源１２の出力を約３Ｗとして要求電力である２Ｗの受電電力を携帯機器５０に給電できる。すなわち、交流電源１２の出力を出力電力閾値の４Ｗ以下に調整して、携帯機器５０に要求電力を給電できる。この状態で給電台１０に異物がセットされて、送電効率が４５％に低下すると、給電台１０が交流電源１２の出力を出力電力閾値の４Ｗに増加しても、携帯機器５０の受電電力は１．８Ｗに減少する。受電電力の１．８Ｗは、携帯機器５０の要求電力の２Ｗよりも小さいので、携帯機器５０は増加要求信号を出力する。給電台１０は、携帯機器５０の増加要求信号を検出しても、出力を既に出力電力閾値に増加しているので、出力を出力電力閾値からは増加させない。したがって、携帯機器５０の受電電力は要求電力まで増加せず、携帯機器５０は継続して増加要求信号を給電台１０に出力する。給電台１０は、継続して伝送される増加要求信号を検出して、異物がセットされたと判定する。異物検出する給電台１０は、送電コイル１１への電力供給を遮断して、携帯機器５０への電力を停止する。ただし、給電台１０は、異物検出する状態で、交流電源１２の出力を最低値に設定して、異物の発熱を制限しながら携帯機器５０に最低電力を給電することもできる。

増加要求信号による異物検出は、給電台１０でなく携帯機器５０で検出することもできる。携帯機器５０は、異物がセットされる状態で増加要求信号を継続して出力する。したがって、携帯機器５０は、増加要求信号を所定時間継続して出力することを検出して、異物がセットされたことを検出できる。異物を検出した携帯機器５０は、異物が検出したことを示す異物検出信号を伝送回路５４を介して給電台１０に伝送する。給電台１０は、伝送回路５４から伝送される異物検出信号を受信回路１４で検出する。

以上の給電台１０は、携帯機器５０の要求電力から出力電力閾値を特定するが、携帯機器５０の定格最大電力から出力電力閾値を設定することができる。この無接点給電方法は、携帯機器５０から給電台１０に定格最大電力を示す信号を伝送し、給電台１０は伝送される定格最大電力から出力電力閾値を特定する。この方式は、定格最大電力と送電効率から出力電力閾値を特定する。たとえば、異物がセットされた状態での送電効率を５０％（０．５）とすれば、出力電力閾値は、定格最大電力の２倍に設定する。

給電台１０は、送電コイル１１を受電コイル５１に電磁結合して、送電コイル１１から受電コイル５１に電力搬送、すなわち給電する。携帯機器５０を上面プレート２１の自由な位置にセットして、電池５２を充電する給電台１０は、送電コイル１１を受電コイル５１に接近するように移動させる移動機構１６を内蔵している。この給電台１０は、送電コイル１１をケース２０の上面プレート２１の下に配設して、上面プレート２１に沿って移動させて受電コイル５１に接近させる。

給電台１０と携帯機器５０は、携帯機器５０を給電台１０の定位置にセットする位置決め部機構を設けて、携帯機器５０を給電台１０の定位置にセットすることができる。位置決め部機構は、受電コイル５１を送電コイル１１に接近させるように、携帯機器５０を給電台１０の定位置にセットする。送電コイル１１に接近する受電コイル５１は、電磁誘導作用で送電コイル１１から受電コイル５１に電力搬送して給電する。

図３の位置決め部機構２２は、給電台１０の定位置に携帯機器５０をセットする嵌合構造である。図３の嵌合構造は、給電台１０の上面に携帯機器５０を嵌入する嵌入凹部２３を設けて、嵌入凹部２３に携帯機器５０を入れて定位置にセットしている。図示しないが、位置決め部機構は、給電台と携帯機器との対向面に嵌合構造の凹凸を設けて、携帯機器を給電台の定位置にセットすることもできる。

送電コイル１１は、上面プレート２１と平行な面で渦巻き状に巻いてなる平面コイルで、上面プレート２１の上方に交流磁束を放射する。この送電コイル１１は、上面プレート２１に直交する交流磁束を上面プレート２１の上方に放射する。送電コイル１１は、交流電源１２から交流電力が供給されて、上面プレート２１の上方に交流磁束を放射する。送電コイル１１は、磁性材からなるコア（図示せず）に線材を巻いてインダクタンスを大きくできる。コアのある送電コイルは、磁束を特定部分に集束して、効率よく電力を受電コイルに伝送できる。ただ、送電コイルは、必ずしもコアを設ける必要はなく、空芯コイルとすることもできる。空芯コイルは軽いので、送電コイルを上面プレートの内面で移動させる構造にあっては、移動機構を簡単にできる。送電コイル１１は、受電コイル５１の外径にほぼ等しくして、受電コイル５１に効率よく電力搬送する。

交流電源１２は、たとえば、２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波電力を送電コイル１１に供給する。送電コイル１１を受電コイル５１に接近するように移動させる給電台１０は、交流電源１２を、可撓性のリード線を介して送電コイル１１に接続している。交流電源１２は、発振回路と、この発振回路から出力される交流を電力増幅するパワーアンプと備える。

給電台１０は、送電コイル１１を受電コイル５１に接近させた状態で、交流電源１２で送電コイル１１に交流電力を供給する。送電コイル１１の交流電力は、受電コイル５１に搬送されて、電池５２を充電する。給電台１０は、電池５２が満充電されると、携帯機器５０から伝送される満充電信号で送電コイル１１への電力供給を停止して、電池５２の充電を停止する。

異物検出回路１５は、携帯機器５０から伝送される増加要求信号で異物検出する。増加要求信号が所定の時間継続して伝送されることを検出すると、給電台１０に異物がセットされたと判定する。増加要求信号が伝送されても、あらかじめ設定している所定の時間継続しない状態では、異物がセットされたと判定しない。携帯機器５０は、給電台１０から伝送される受電電力を要求電力に比較して、受電電力が要求電力よりも小さいと、充電台の出力を増加するように、給電台１０に増加要求信号を伝送する。受電電力が要求電力よりも大きいと、減少要求信号を給電台１０に伝送して、給電台１０の出力を小さくする。給電台１０は、携帯機器５０からの増加要求信号を検出すると、送電コイル１１の供給電力、すなわち出力を大きくして、携帯機器５０の受電電力が要求電力となるように増加させる。

ここで、具体的には、電池５２がリチウムイオン電池の場合には、充電制御回路５３は、電池５２を定電圧・定電流充電する。給電台１０は、携帯機器５０の電池５２の電圧、電流等の電池情報により、例えば、最大４．２Ｖで充電する場合、電池電圧が４．２Ｖ以下のときは所定の定電流となるように、受信回路１４が受信する増減要求信号に基づいてコントロール回路１３が交流電源１２を制御して、送電コイル１１への出力を調整（詳細には、出力アップ要求と、出力ダウン要求が交互に出る）する。送電コイル１１への出力が調整されて、充電される電池電圧が４．２Ｖとなると、給電台１０は、電池電圧を４．２Ｖに維持できるように、受信回路１４が受信する増減要求信号に基づいてコントロール回路１３が交流電源１２を制御して、送電コイル１１への出力を調整（詳細には、出力アップ要求と、出力ダウン要求が交互に出る）する。

給電台１０に異物がセットされない状態において、送電コイル１１から受電コイル５１に電力搬送されて、給電台１０から携帯機器５０に効率よく給電される。この状態において、給電台１０から携帯機器５０に電力搬送される効率は、図２の曲線Ｃで示すように高くなる。ただし、この図の送電効率は、以下の式で検出している。
送電効率＝携帯機器の受電電力／給電台の出力電力
送電効率は、給電台１０側にて、携帯機器５０より伝送される２次側（携帯機器側）の電池情報である電池電圧、充電電流の積を、１次側（給電台側）の出力電圧、出力電流の積で割り算して求めることができる。

ところが、給電台１０に金属製の異物がセットされると、送電コイル１１の出力の一部が金属製の異物に吸収される。とくに、図４に示すように、異物３０が送電コイル１１に接近してセットされると、異物３０が吸収する電力が大きくなり、異物３０に誘電電流が流れて発熱し、また送電効率が低下する。送電効率が低下すると、携帯機器５０の受電電力が小さくなるので、携帯機器５０は、小さい受電電力を要求電力に近づけるために、増加要求信号を給電台１０に伝送して、給電台１０に出力の増加を要求する。給電台１０は、増加要求信号を検出して出力を増加させる。この状態で、給電台１０が出力を増加することは、携帯機器５０の受電電力を大きくして要求電力に近づけるが、同じように異物３０の誘電電流も増加させて異物３０の発熱も大きくする。したがって、携帯機器５０の受電電力が要求電力となるまで、給電台１０が出力を増加させると、異物３０の発熱が異常に高くなることがある。

給電台１０は、この弊害を防止するために、最大出力を出力電力閾値に制限する。すなわち、給電台１０は、出力を出力電力閾値よりも小さくする状態で増加要求信号を検出すると出力を増加するが、出力電力閾値を出力する状態で増加要求信号を検出しても、出力をさらに大きくは増加させない。出力電力閾値は、異物がセットされない状態において、給電台１０から携帯機器５０に要求電力をでき、かつ給電台１０に異物がセットされる状態で、給電台１０から携帯機器５０に給電しながら、異物を異常な高温に加熱しない電力に設定される。

給電台１０は、増加要求信号を検出して出力を増加するが、増加させる最大出力を出力電力閾値に制限する。この給電台１０は、異物のない状態では、携帯機器５０に要求電力を供給する。図５は、携帯機器５０が増加要求信号と減少要求信号とを給電台１０に出力して、受電電力を要求電力とする状態を示している。携帯機器５０が受電電力と要求電力とを比較して、図５に示すように、携帯機器５０が増加要求信号と減少要求信号を給電台１０に伝送し、給電台１０が増加要求信号と減少要求信号で出力をコントロールして、携帯機器５０の受電電力は要求電力に調整される。

図６は携帯機器５０と一緒に異物が載せられて、異物が送電コイル１１の電力の一部を吸収する状態で携帯機器５０が増加要求信号を出力する状態を示している。この状態において、送電コイル１１の電力の一部が異物に吸収されるので、電力の送電効率が低下する。したがって、送電コイル１１の出力電力は有効に受電コイル５１に給電されず、携帯機器５０の受電電力が低下する。携帯機器５０は受電電力が要求電力よりも小さいことを検出して増加要求信号を出力する。増加要求信号を検出した給電台１０は出力を増加させる。給電台１０は出力を増加するが、送電コイル１１の電力が異物に吸収されて、携帯機器５０の受電電力は要求電力に至らない。したがって、携帯機器５０は増加要求信号を出力し続ける。繰り返し増加要求信号を検出する給電台１０は、次第に出力を増加して、出力を出力電力閾値まで増加させる。給電台１０の出力が出力電力閾値まで大きくなっても、送電コイル１１の電力を異物が吸収して、携帯機器５０の受電電力は要求電力まで増加しない。したがって、携帯機器５０は増加要求信号を継続して給電台１０に出力する。給電台１０は、出力を最大出力の出力電力閾値まで増加しているので、増加要求信号を検出しても出力を増加することなく、出力を出力電力閾値に制限する。この状態が継続して、携帯機器５０は増加要求信号を出力し続ける。すなわち、携帯機器５０と一緒に異物が給電台１０に載せられて、異物が電力を吸収する状態においては、給電台１０が出力を出力電力閾値に制限し、かつ携帯機器５０の受電電力は要求電力に至らず、携帯機器５０は増加要求信号を出力し続ける。異物検出回路１５は、この状態、すなわち所定の時間継続して、携帯機器５０が増加要求信号を出力することを検出して、給電台１０に異物がセットされたと判定する。増加要求信号が継続して出力される状態で、異物がセットされたと判定する設定時間は、あらかじめ給電台１０が記憶している。この設定時間は、たとえば５秒ないし６０秒、好ましくは１０秒ないし４５秒、さらに好ましくは２０秒ないし３０秒に設定される。設定時間を短くして、異物を速やかに検出でき、設定時間を長くして異物を確実に検出できる。設定時間は、異物検出に要求される時間と、異物検出の精度から最適な時間に設定される。

図５と図６の増減要求信号は、要求電力と受電電力との差によって信号レベルを変化させる。この携帯機器５０は、受電電力と要求電力とを比較して増加要求信号や減少要求信号を出力するが、増加要求信号と減少要求信号は、受電電力と要求電力の差の大きさによって変更する。受電電力が要求電力よりも小さく、かつその差が大きいときは、出力をより大きく増加する増加要求信号を出力し、差が小さいときには出力を小さく増加する増加要求信号を出力する。ただし、携帯機器５０は、受電電力が要求電力よりも小さく、あるいは大きい状態で、増加する割合や減少する割合を示すことなく、単に増加又は減少のみを要求する信号を出力することもできる。

給電台１０は、増加や減少のレベルを示す増加要求信号又は減少要求信号を検出すると、増加要求信号や減少要求信号が示す信号レベルの大きさ出力を増加し、あるいは減少する。また、増加又は減少する割合を示すことなく、増加又は減少のみを示す増加要求信号又は減少要求信号を減少すると、給電台１０は一定の割合で出力を増加又は減少する。

異物検出回路１５は、異物を検出すると検出信号をコントロール回路１３に出力する。コントロール回路１３は、異物の検出信号で送電コイル１１への電力供給を停止する。ただ、コントロール回路１３は、送電コイル１１の供給電力をあらかじめ設定している最低値に調整することもでき、また、出力電力閾値を、異物を異常な高温に加熱することなく給電を継続できる閾値に設定する方法にあっては、異物を検出する状態で給電台から携帯機器への給電を停止することなく、出力を出力電力閾値に制限して給電することもできる。

以上の給電台１０と携帯機器５０は、図７に示す以下のフローチャートで異物を検出する。
［ｎ＝１のステップ］
携帯機器５０が給電台１０にセットされると、電池内蔵機器５０Ａの携帯機器５０と、充電台１０Ａの給電台１０との間で通信が開始される。この通信で、携帯機器５０から給電台１０に受電電力（例えば電池５２の電圧４Ｖ、充電電流０．４Ａで１．６Ｗ）と、異物検出閾値（効率）（例えば４５％）が伝送される。
［ｎ＝２のステップ］
給電台１０は、携帯機器５０から伝送される受電電力と異物検出閾値（効率）から、以下の式で、異物の発熱を設定温度よりも低くしながら携帯機器５０に電力できる演算出力電力閾値を算出する。
演算出力電力閾値＝受電電力／異物検出閾値（効率）

たとえば、電池５２の電圧が４Ｖ、充電電流が０．４Ａであって受電電力を１．６Ｗ、異物検出閾値（効率）を０．４５とすれば、演算出力電力閾値は１．６／０．４５＝約３．６Ｗとなる。すなわち、携帯機器５０と一緒に異物がセットされて、電池５２を充電できる電力は３．６Ｗとなる。

［ｎ＝３〜５のステップ］
ｎ＝３のステップで、演算出力電力閾値を、図２に示すように、要求電力１．６Ｗ（充電電流０．４Ａ）における出力電力閾値（４Ｗ）に比較し、演算出力電力閾値が要求電力における出力電力閾値よりも小さいと、ｎ＝４のステップで出力電力閾値を、要求電力における出力電力閾値（４Ｗ）に設定する。演算出力電力閾値が図２に示す要求電力における出力電力閾値よりも大きいと、ｎ＝５のステップで、出力電力閾値を演算出力電力閾値に設定する。

［ｎ＝６〜８のステップ］
給電台１０の出力を出力電力閾値に制限する。給電台１０の出力が、出力電力閾値に制限される状態で、携帯機器５０から増加要求信号が設定時間（２０秒又は３０秒）継続して出力されたかどうかを判定する。携帯機器５０から増加要求信号が設定時間継続して出力されると、ｎ＝８のステップで、異物がセットされた状態、すなわちエラー検出して、給電台１０の出力を遮断して、充電を停止する。増加要求信号が設定時間継続しないと、ｎ＝１のステップにループする。

以上の給電台１０は、コントロール回路１３が交流電源１２を制御して、交流電源１２の出力を出力電力閾値以下に制限している。ただ、給電台は、必ずしもコントロール回路で交流電源を制御して、交流電源の出力を出力電力閾値以下に制限する必要はない。給電台は、交流電源によって特定される出力の最大値によって、その出力を制限することもできる。交流電源の出力は、最大値まで増加するとそれ以上は大きくできず、実質的に出力が制限される。したがって、給電台は、交流電源の出力の最大値を出力電力閾値の最大値に設定することにより、交流電源の出力を出力電力閾値以下に制限しながら給電することができる。

本発明に係る無接点給電方法は、充電台等の給電台から電池内蔵機器等の携帯機器に電磁結合作用で電力搬送して電池を充電する方法に最適に利用できる。また、充電台に限らず、照明器具や充電アダプターに無接点で給電する方法にも利用できる。

１０…給電台 １０Ａ…充電台
１１…送電コイル
１２…交流電源
１３…コントロール回路
１４…受信回路
１５…異物検出回路
１６…移動機構
２０…ケース
２１…上面プレート
２２…位置決め部機構
２３…嵌入凹部
３０…異物
５０…携帯機器 ５０Ａ…電池内蔵機器
５１…受電コイル
５２…電池
５３…充電制御回路
５４…伝送回路
５５…電力検出回路
５６…整流回路
５７…電流検出回路 ５７Ａ…電流検出抵抗
５７Ｂ…差動アンプ

Claims (7)

1. 送電コイル(11)を備える給電台(10)に、受電コイル(51)を内蔵する携帯機器(50)をセットし、前記給電台(10)の送電コイル(11)に前記携帯機器(50)の受電コイル(51)を電磁結合して、前記送電コイル(11)から前記受電コイル(51)に電磁誘導作用で電力搬送すると共に、前記携帯機器(50)から前記給電台(10)に、電力を調整する電力の増減要求信号を伝送して、前記給電台(10)が増減要求信号に基づいて前記送電コイル(11)の出力を調整して、前記携帯機器(50)の要求電力を給電するようにしてなる無接点給電方法であって、
   前記給電台(10)が、出力の最大値を出力電力閾値に制限し、
   前記携帯機器(50)は、前記給電台(10)から給電される受電電力を要求電力に比較して、受電電力が要求電力よりも小さいと増減要求信号として増加要求信号を前記給電台(10)に伝送し、受電電力が要求電力よりも大きいと減少要求信号を前記給電台(10)に伝送して、前記給電台(10)の出力を出力電力閾値に制限して調整し、
   さらに、前記携帯機器(50)から出力される増加要求信号が、あらかじめ設定している設定時間継続することを検出して、給電台(10)の異物(30)を検出する無接点給電方法。
2. 前記給電台(10)が、前記携帯機器(50)の要求電力で出力電力閾値を変更し、要求電力が大きくなると出力電力閾値を大きくする請求項１に記載される無接点給電方法。
3. 前記給電台(10)が、前記携帯機器(50)の受電電力と異物(30)を検出する状態における異物検出閾値（効率）から出力電力閾値を設定する請求項１又は２に記載される無接点給電方法。
4. 前記給電台(10)が、前記携帯機器(50)の定格最大電力から出力電力閾値を設定する請求項１又は２に記載される無接点給電方法。
5. 前記給電台(10)が、前記携帯機器(50)の定格最大電力と送電効率から出力電力閾値を設定する請求項１又は２に記載される無接点給電方法。
6. 前記給電台(10)が充電台(10A)で、前記携帯機器(50)が電池内蔵機器(50A)で、前記充電台(10A)から前記電池内蔵機器(50A)に給電される電力で前記電池内蔵機器(50A)の電池(52)を充電する請求項１ないし５のいずれかに記載される無接点給電方法。
7. 前記電池内蔵機器(50A)が、前記電池(52)を定電圧・定電流にて充電する請求項６に記載される無接点給電方法。

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