JP6008139B2 - 非接触給電装置および非接触電力伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、高周波磁界を利用して鍋などの被加熱物に対しては誘導加熱を行い、所定の受電装置に対しては高周波磁界を利用して電力を供給する誘導加熱調理器等の非接触給電装置、および非接触給電装置と受電装置とを備える非接触電力伝送システムに関するものである。

従来のこの種の非接触給電装置としては、例えば日本の特開平５−１８４４７１号公報において、鍋を検出した場合または所定の受電装置から特定の信号を取得した場合に動作する非接触給電装置が提案されている。

なお、本明細書の開示において、非接触とは、電気的および機械的に直接結合されていない状態を言うが、単に装置上に載置された装置同士の接触状態を含むものとする。

特開平５−１８４４７１号公報

従来の非接触給電装置として誘導加熱調理器を給電装置として用いる場合には、誘導加熱すべき被加熱物である鍋などに代えて、受電装置としてコーヒーミルまたはジャーポットなどを載置して使用している。このように、コーヒーミルまたはジャーポットなどを受電装置として用いる場合、それぞれの受電装置によって必要とされる電力や、電力調整範囲が大きく異なるとともに、それぞれの受電装置が必要とする電力量に比べて被加熱物としての鍋などを誘導加熱する際に必要とされる電力量が大きく異なっている。したがって、１台の非接触給電装置を用いて、それぞれの受電装置に対して効率高く給電動作を行うと共に、被加熱物である鍋などに対しては効率高く誘導加熱動作を行う動作は、従来の非接触給電装置においては困難であった。このため、当技術分野において、受電装置に対しては効率高く給電動作を行うとともに、被加熱物に対してくち効率高く誘導加熱動作を行うことができる非接触給電装置を実現することが解決すべき重要な課題であった。

上記の課題を解決するために、本発明に係る非接触給電装置は、負荷を載置するトッププレートと、前記トッププレートの下方に配置され高周波磁界を発生する１次コイルと、前記１次コイルに高周波電力を供給するインバータと、前記インバータを制御する制御部と、負荷が鍋などの金属容器である誘導加熱すべき被加熱物か、または前記１次コイルと電磁的に結合する２次コイルを備えた受電装置かを判別する負荷判別部とを備えており、前記制御部は、前記負荷判別部の判別結果に応じて前記インバータを制御するよう構成されている。

また、本発明に係る非接触電力伝送システムは、非接触給電装置と、前記非接触給電装置に近接して配置され電磁的に結合して前記非接触給電装置からの電力が供給される受電装置とを備え、
前記非接触給電装置は、負荷を載置するトッププレートと、前記トッププレートの下方に配置され高周波磁界を発生する１次コイルと、前記１次コイルに高周波電力を供給するインバータと、前記インバータを制御する制御部と、負荷が被加熱物か、または前記１次コイルと電磁的に結合する２次コイルを備えた受電装置かを判別する負荷判別部と、を備えており、
前記受電装置は、前記非接触給電装置上に載置されて、前記１次コイルからの高周波磁界を受けて所望の電力を形成する２次コイルと、前記２次コイルからの電力により駆動される動作部と、を備えており、
前記制御部は、前記負荷判別部の判別結果に応じて、負荷の状態に応じて前記インバータを制御するよう構成されている。

上記のように構成された本発明によれば、必要とされる電力量および電力調整範囲などが異なる負荷が載置された場合であっても、当該負荷の種類に応じた仕様で適切に動作するため、使用者は負荷の種類に応じて操作方法等を大きく変更する必要がなく、使い勝手の良い非接触給電装置および非接触電力伝送システムを実現することができる。

発明の新規な特徴は添付の請求の範囲に特に記載したものに他ならないが、構成及び内容の双方に関して本発明は、他の特徴と合わせて図面と共に以下の詳細な説明を読むことにより、より良く理解され評価されるであろう。

本発明においては、非接触給電装置上に載置された負荷が、誘導加熱すべき被加熱物である鍋などの金属容器か、或いは所定の受電装置かを判別して、判別された負荷の種類に応じた適切な制御を行うことができるため、使用者は負荷の種類に応じて操作方法等を大きく変更する必要がなく、使い勝手の良い非接触給電装置および非接触電力伝送システムを実現することができる。

本発明に係る実施の形態１の非接触給電装置を有する非接触電力伝送システムの概略構成を示す（ａ）断面図および（ｂ）平面図 本発明に係る実施の形態１の非接触給電装置を有する非接触電力伝送システムを示す断面図 本発明に係る実施の形態１の非接触給電装置を有する非接触電力伝送システムを示す断面図 本発明に係る実施の形態１の非接触給電装置に他の受電装置を載置した非接触電力伝送システムを示す断面図 本発明に係る実施の形態１の非接触給電装置において、負荷を判別する方法を説明する図 本発明に係る実施の形態２の非接触給電装置を有する非接触電力伝送システムの概略構成を示す断面図 本発明に係る実施の形態２の非接触給電装置の動作を示すフロー図

本発明に係る第１の態様の非接触給電装置は、
負荷を載置するトッププレートと、
前記トッププレートの下方に配置され高周波磁界を発生する１次コイルと、
前記１次コイルに高周波電力を供給するインバータと、
前記インバータを制御する制御部と、
負荷が誘導加熱すべき被加熱物か、または前記１次コイルと電磁的に結合する２次コイルを備えた受電装置かを判別する負荷判別部と、を備え、
前記制御部は、前記負荷判別部の判別結果に応じて前記インバータを制御するよう構成してもよい。
上記のように構成された本発明に係る第１の態様の非接触給電装置は、必要とされる電力量や電力調整範囲などが異なる負荷が載置された場合でも、その負荷の種類に応じた仕様で適切に動作するため、使用者は負荷の種類に応じて設定等を大きく変更する必要がなく、使い勝手の良い非接触給電装置を実現することができる。

本発明に係る第２の態様の非接触給電装置は、前記の第１の態様の前記制御部は、前記負荷判別部の判別結果に基づいて、負荷を前記受電装置と判別した場合には、負荷を前記被加熱物と判別した場合よりも前記１次コイルに供給する電力を低下させるよう構成してもよい。上記のように構成された本発明に係る第２の態様の非接触給電装置においては、それぞれの負荷に応じた電力で適切に動作させることができ、使用者は負荷の種類に応じて設定等を大きく変更する必要がなく、また必要電力量が少ない機器においては、誤って大電力で動作させることを防止することできるなど、使い勝手の良い非接触給電装置を実現することができる。

本発明に係る第３の態様の非接触給電装置は、前記の第１の態様または第２の態様において、前記１次コイルへの通電量を設定する操作部を設け、前記制御部を、前記負荷判別部の判別結果に基づいて、負荷を前記受電装置と判別した場合には、前記受電装置の仕様に対応するように前記操作部の操作内容を変更するよう構成してもよい。上記のように構成された本発明に係る第３の態様の非接触給電装置においては、使用者は負荷の種類に応じた操作を容易に行うことができるため、使い勝手の良い非接触給電装置を実現することができる。

本発明に係る第４の態様の非接触給電装置は、前記の第３の態様の前記操作部の機能を表示する表示部を設け、前記制御部を、前記操作部の操作内容の変更に応じて前記表示部の表示を変更するよう構成してもよい。上記のように構成された本発明に係る第４の態様の非接触給電装置においては、使用者は負荷の種類に応じた操作を表示部により確認しつつ容易に行うことができるため、使い勝手の良い非接触給電装置を実現することができる。

本発明に係る第５の態様の非接触給電装置は、前記の第１の態様乃至第４の態様における前記負荷判別部を、少なくともインバータへの入力電流、１次コイルに流れる電流、１次コイルに発生する電圧の電気特性から負荷の種類を判別するよう構成し、前記制御部を、負荷が前記受電装置と判別され場合には、負荷が前記被加熱物と判別された場合に比べて、前記負荷判別部が前記電気特性から不適合負荷であると判別する判別基準レベルとなる前記電気特性の値を低くするよう構成してもよい。上記のように構成された本発明に係る第５の態様の非接触給電装置においては、判別精度を向上させることができるため、使い勝手の良い安全な非接触給電装置を実現することができる。

本発明に係る第６の態様の非接触電力伝送システムは、非接触給電装置と、前記非接触給電装置に近接して配置され電磁的に結合して前記非接触給電装置からの電力が供給される受電装置と、を備え、
前記非接触給電装置は、負荷を載置するトッププレートと、前記トッププレートの下方に配置され高周波磁界を発生する１次コイルと、前記１次コイルに高周波電力を供給するインバータと、前記インバータを制御する制御部と、負荷が誘導加熱すべき被加熱物か、または前記１次コイルと電磁的に結合する２次コイルを備えた受電装置かを判別する負荷判別部と、を備え、
前記受電装置は、前記非接触給電装置上に載置されて、前記１次コイルからの高周波磁界を受けて所望の電力を形成する２次コイルと、前記２次コイルからの電力により駆動される動作部と、を備えており、
前記制御部を、前記負荷判別部の判別結果に応じて前記インバータを制御するよう構成してもよい。
上記のように構成された本発明に係る第６の態様の非接触電力伝送システムにおいては、必要とされる電力量や電力調整範囲などが異なる負荷である受電装置が非接触給電装置に載置された場合でも、その負荷の種類に応じた仕様で適切に動作するため、使用者は負荷の種類に応じて設定等を大きく変更する必要がなく、使い勝手の良い非接触電力伝送システムを実現することができる。

本発明に係る第７の態様の非接触電力伝送システムにおいて、前記の第６の態様の前記受電装置は、前記受電装置の固有の認証信号である機器識別信号を送信する２次側送受電部を備え、
前記非接触給電装置は、前記受電装置からの前記機器識別信号を受信する１次側送受信部を備え、
前記非接触給電装置の前記制御部を、前記１次側送受信部が受信した前記機器識別信号に基づいて、前記受電装置の仕様に対応するように前記インバータを制御するよう構成してもよい。上記のように構成された本発明に係る第７の態様の非接触電力伝送システムにおいては、それぞれの負荷に応じた電力で適切に動作させることができ、使用者が負荷の種類に応じて設定等を大きく変更する必要がなく、また必要電力量が少ない機器においては、誤って大電力で動作させることを防止することできるなど、使い勝手の良い非接触電力伝送システムを実現することができる。

本発明に係る第８の態様の非接触電力伝送システムにおいて、前記の第７の態様の前記非接触給電装置は、前記１次コイルへの通電量を設定する操作部を備え、前記制御部を、前記１次側送受信部が受信した前記機器識別信号に基づいて、前記受電装置の仕様に対応するように前記操作部の操作内容を変更するよう構成してもよい。上記のように構成された本発明に係る第８の態様の非接触電力伝送システムにおいては、使用者が負荷の種類に応じた操作を容易に行うことができるため、使い勝手の良い非接触電力伝送システムを実現することができる。

本発明に係る第９の態様の非接触電力伝送システムにおいて、前記の第８の態様の前記非接触給電装置は、前記操作部の機能を表示する表示部を備え、前記制御部を、前記操作部の操作内容の変更に応じて前記表示部の表示を変更するよう構成してもよい。上記のように構成された本発明に係る第９の態様の非接触電力伝送システムにおいては、使用者が負荷の種類に応じた操作を表示部により確認しつつ容易に行うことができるため、使い勝手の良い非接触電力伝送システムを実現することができる。

以下の実施の形態の非接触給電装置および非接触電力伝送システムにおいては給電装置として誘導加熱調理器を用いた例について説明するが、この構成は例示であり、本発明は、以下の実施の形態において説明する構成に限定されるものではなく、本発明の技術的特徴を有する給電装置を含むものである。また、本発明には、以下に述べる各実施の形態において説明する任意の構成を適宜組み合わせることを含むものであり、組み合わされた構成においてはそれぞれの効果を奏するものである。

（実施の形態１）
以下、本発明に係る実施の形態１の非接触給電装置および非接触電力伝送システムについて添付の図１〜５を参照しながら説明する。

図１は実施の形態１の非接触給電装置、および非接触給電装置に負荷が載置された非接触電力伝送システムの概略構成を示す図であり、図１において（ａ）は負荷９が載置された非接触給電装置の断面図であり、（ｂ）は非接触給電装置の平面図である。実施の形態１の非接触給電装置としては、誘導加熱調理器を用いている。実施の形態１の非接触給電装置においては、誘導加熱すべき被加熱物である鍋１０（図２参照）、直流モータを有する受電装置１１（図３参照）、およびヒータを有する受電装置２１（図４参照）等の負荷９を載置するための結晶化ガラスなどで構成されるトッププレート２と、トッププレート２の下方に配置され、負荷９に対して高周波磁界を利用して電力を伝達する１次コイル１と、１次コイル１に高周波電力を供給するインバータ３と、インバータ３内の半導体スイッチなどを制御する制御部４と、を備えている。また、実施の形態１の非接触給電装置は、負荷９が鍋などの金属容器である誘導加熱すべき被加熱物であるか、または２次コイルを備えるなどの所定の構成および所定の条件を満たす回転機などの受電装置であるかを検出する負荷判別部７と、１次コイル１への通電量や通電時間などを設定するための操作を行う操作部５と、操作部５で設定された設定状態や設定されたタイマーの残り時間等を表示する表示部６と、を備えている。

制御部４は、負荷判別部７の検出状態に応じて負荷９が最適な動作を行うようにインバータ３の動作を制御し、１次コイル１を介して負荷９に対して高周波磁界を供給する。負荷９が鍋などの金属容器である誘導加熱すべき被加熱物の場合には、金属容器に誘導電流が発生して、金属容器自身の抵抗により発熱する。また、負荷９が２次コイルを備えた受電装置である場合には、受電装置に内蔵された２次コイルが１次コイル１と磁気結合可能な位置になるように受電装置がトッププレート２上に配置されることにより、高周波磁界により供給される電力によって当該受電装置を動作させる。

次に、上記のように構成された実施の形態１の非接触給電装置における動作および作用について説明する。非接触給電装置の制御部４は、図示していない交流電源から供給された電力をインバータ３内の半導体スイッチを用いて２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの高周波電力に変換して、１次コイル１を用いて負荷９に対して低出力の高周波磁界を出力する。このとき、負荷９が負荷判別部７により鍋などの金属容器であると判別された場合、非接触給電装置においては、負荷９である鍋を誘導加熱するための誘導加熱装置として動作するように、制御部４の制御仕様、操作部５の操作仕様、および表示部６の表示仕様などが変更される。その詳細な動作は後述する。

一方、負荷判別部７が負荷９を１次コイルと電磁的に結合した２次コイルを備えるなどの所定の条件を満たした受電装置であると判別した場合、非接触給電装置においては、判別した機器の種類に対応した動作を行うことができるように、後述するように、制御部４の制御仕様、操作部５の操作仕様、および表示部６の表示仕様などが変更される。

図２は負荷９として誘導加熱すべき被加熱物である鍋１０を用いた場合の実施の形態１の非接触給電装置を示している。使用者が鍋１０をトッププレート２上の所定の位置（誘導加熱および給電領域）に配置し、操作部５により起動動作を指示すると、制御部４は、インバータ３を低電力で動作させて、１次コイル１から高周波磁界を鍋１０に供給する。ここで、負荷判別部７はインバータ３への入力電流、一次コイル１に流れる電流、一次コイル１に発生する電圧などの電気特性から、負荷９がスプーンなどの異物であるか、誘導加熱に適さない鍋であるか、誘導加熱が可能な鍋１０であるか、または受電装置であるかを判別する。

負荷９が誘導加熱可能な鍋１０であれば、制御部４は、最大出力を１次コイル１へ出力可能な状態とし、操作部５において設定可能な範囲のすべての範囲を操作可能な状態とし、１次コイル１への出力調整の範囲を最大限調整可能な範囲とする。

負荷判別部７においては、電気特性から負荷９を判別するときに用いる判別基準レベルを有している。この判別基準レベルは、スプーンなどの異物および誘導加熱に適さない鍋などの不適合負荷であると判別するための基準となる。

制御部４は、負荷９である鍋１０の材質が金属であっても、形状が小さい場合、或いはアルミニウムなど低透磁率かつ低抵抗の金属など誘導加熱条件に適さない場合には、加熱動作を停止して、表示部６に負荷９が不適合負荷である旨の表示を行う。

図３は、負荷９として消費電力が比較的低電力の受電装置である一例として、受電装置１１がミキサーである場合を示している。受電装置１１であるミキサーは、直流モータ１４と、１次コイル１と電磁的に結合して高周波電力の供給を受ける２次コイル１２と、２次コイル１２で受電した電力を直流モータ１４に供給する直流電源１３と、を有している。ここでは、２次コイル１２からの電力により駆動される動作部としては、直流電源１３と直流モータ１４の構成となるが、本発明においては電源を含まない駆動部のみの構成も含む。

使用者が受電装置１１をトッププレート２上の所定の位置に配置した後、非接触給電装置の操作部５内の起動スイッチを操作して起動動作を指示すると、制御部４は、インバータ３を低電力で動作させて、１次コイル１からの高周波磁界を受電装置１１に供給する。ここで、負荷判別部７はインバータ３への入力電流、一次コイル１に流れる電流、一次コイル１に発生する電圧などの電気特性から、負荷９の種類を判別する。

負荷判別部７により負荷９が比較的低消費電力の受電装置１１であると判別されると、制御部４は、当該受電装置１１に適合するように、入力最大電力、入力電力の電力調整範囲、負荷動作の設定数、および不適合負荷を判別するための基準となる判別基準レベルなどを変更するとともに、操作部５の操作仕様および表示部６の表示仕様を変更する。

負荷９が比較的低消費電力の受電装置１１の場合、誘導加熱すべき被加熱物である鍋１０に比べて、必要とする入力電力が、例えば１００Ｗ以下と小さく、また直流モータ１４の回転数の設定数も３段階前後、例えば、低速、中速、高速などの設定数であれば充分である。そこで、実施の形態１の非接触給電装置においては、具体的には、制御部４が、負荷判別部７の出力である判別結果に基づいて、受電装置１１の２次コイル１２が受電装置１１の最大消費電力、実施の形態１では１００Ｗを受電可能な最大電力となるように１次コイル１への通電量を制限する。また、制御部４は、受電装置１１を操作するために、操作部５に対して、受電装置１１を低速、中速、高速、または停止に切り換える操作のみが可能となるように制限するとともに、表示部６の表示を操作部５の操作内容に合わせて変更する。さらに、負荷９が比較的低消費電力の受電装置１１の場合には、負荷９が誘導加熱可能な鍋の場合に比較して、負荷判別部７が不適合負荷であると判別することが困難であるため、負荷判別部７が不適合負荷であると判別する判別基準レベルである電気特性の値が、負荷９が誘導加熱可能な鍋の場合に比べて低く設定されている。

制御部４は、受電装置１１に適した制御仕様に変更し、使用者が設定した入力電力になるようにインバータ３を動作させて、１次コイル１と電磁的に結合した２次コイル１２に対して高周波電力を供給する。２次コイル１２に供給された高周波電力は、直流電源１３内に設けられた整流部、平滑コンデンサ等の電気回路により変換されて直流電源が形成される。この直流電源１３に直流モータ１４を接続することにより、受電装置１１は回転機器として動作する。

次に、図４は、負荷９としてヒータを備えた比較的大消費電力の受電装置２１である一例として、受電装置２１が魚などを焼くグリルである場合を示している。図４において、受電装置２１は、ヒータ２２と、ヒータ２２で加熱される容器２３と、１次コイル１と電磁的に結合して高周波電力の供給を受けて、ヒータ２２に対して電力を供給する２次コイル１２と、を備えている。ここでは、比較的大消費電力の受電装置２１としてヒータ２２を備えるグリルの場合について説明するが、比較的大消費電力の受電装置２１としては５００Ｗ以上の消費電力の受電装置とする。なお、比較的低消費電力の受電装置１１としては、５００Ｗ未満の消費電力の受電装置とする。

使用者が受電装置２１をトッププレート２上の所定の位置に載置し、操作部５により起動動作を指示すると、制御部４は、インバータ３を低電力で動作させて、１次コイル１から高周波磁界を受電装置２１に供給する。ここで、負荷判別部７はインバータ３への入力電流、１次コイルに流れる電流、１次コイルに発生する電圧などの電気特性から、負荷９の種類を判別する。

負荷判別部７により負荷９が比較的大消費電力の受電装置２１であると判別されると、制御部４は、受電装置２１に適するように、入力最大電力、入力電力の電力調整範囲、負荷動作の設定数、および不適合負荷を判別するための基準となる判別基準レベルなどを変更するとともに、操作部５の操作仕様及び表示部６の表示仕様を変更する。

図４に示すように、負荷９がヒータを備えた比較的大消費電力の受電装置２１である場合には、消費電力が被加熱物である鍋１０を誘導加熱するときの最大電力よりもやや低い電力であり、負荷動作の設定数が３段階前後、例えば、低温、中温、高温などの設定数であればよい。そこで、実施の形態１の非接触給電装置においては、具体的には、負荷判別部７が、負荷９を比較的大消費電力の受電装置２１であると判別すると、制御部４は、受電装置２１の２次コイル１２が当該受電装置２１の最大消費電力、実施の形態１では１０００Ｗを受電可能な最大電力となるように１次コイル１への通電量を制限する。また、制御部４は、受電装置２１を操作するために、操作部５に対して、受電装置２１を低温、中温、高温、または停止に切り換える操作のみが可能となるように操作内容を変更するとともに、表示部６の表示内容を操作部５の操作内容に合わせて変更する。さらに、比較的大消費電力の受電装置２１の場合においても、負荷９の種類によっては加熱可能な鍋の場合に比較して、負荷判別部７が不適合負荷であると判別することが困難な場合もあるため、負荷９の特性に応じて負荷判別部７が不適合負荷であると判別する判別基準レベルの電気特性の値を、負荷９が誘導加熱可能な鍋の場合の判別基準レベルに比べて低く設定する等の変更を行う。

制御部４は、当該受電装置２１に適合した制御仕様に変更すると、使用者が設定した入力電力になるようにインバータ３を動作させて、１次コイル１と電磁的に結合した２次コイル１２に高周波電力を供給する。２次コイル１２に供給された高周波電力はヒータ２２に印加されて発熱し、容器２３内の食材を加熱調理する。実施の形態１の非接触給電装置においては、加熱調理を行うグリルを例について説明しているが、ヒータ加熱を行うアイロンや湯沸かし器などの場合においても同様な構成で動作させることができる。

また、２次コイル１２とヒータ２２との間にリレー、スイッチなどの切り換え手段を設け、容器２３および／またはヒータ２２の温度を検出して、その検出温度に基づいて切り換え手段のオンオフ制御を行うことにより、ヒータ２２への給電量を調整することも可能もある。

なお、負荷９が比較的低消費電力の受電装置１１であるか、比較的大消費電力の受電装置２１であるかは、負荷判別部７がインバータ３への入力電流、１次コイル１に流れる電流、１次コイル１に発生する電圧などの電気特性により判別することが可能である。

また、制御部４は、受電装置１１，２１の種類に応じて、入力最大電力、入力電力の電力調整範囲、負荷動作の設定数、不適合負荷の判別基準レベルなどを変更するとともに、操作部５の操作仕様及び表示部６の表示仕様を変更することが可能である。

図５は、インバータ３の電気特性から負荷９の種類を判別する一例を示すグラフである。図５において、縦軸が入力電流であり、横軸がインバータ３における半導体スイッチの導通時間である。

負荷９は、直接に１次コイル１と電磁的に結合、或いは２次コイル１２を介して１次コイル１と電磁的に結合するため、インバータ３における半導体スイッチの導通時間を短い状態から長い状態に変化させる、或いは動作周波数を高い状態から低い状態に変化させて、そのときの１次コイルの特性を検出することにより、負荷９の種類を検出することができる。すなわち、負荷９の種類により半導体スイッチの導通時間の変化によって期待される入力電流値が決まっており、実験に基づいて導通時間の変化、または動作周波数と入力電流値の関係に対して判別基準レベルである判別ラインを定めることにより、負荷９の種類を判別することが可能となる。

実施の形態１の非接触給電装置において、インバータ３の半導体スイッチの導通時間を短い状態から長い状態に変化させたときの入力電流値の変化により、負荷９の種類を検出する例を、図５を用いて説明する。

図５において、判別基準レベルである判別ライン１より左側の領域のように、半導体スイッチの導通時間の増大によって急激に入力電流が増大する場合には、負荷９は異物であると判別することができる。また、判別基準レベルである判別ライン３より下方の領域のように、半導体スイッチの導通時間を増大させても入力電流が増大しない場合には、アルミ鍋などの加熱に不適合な鍋が置かれている状態、または無負荷の状態であると判断することができる。

半導体スイッチの通電時間の増大に伴う入力電流の増加量が判別基準レベルである判別ライン１と判別ライン３との間の領域内に位置する場合には、負荷９が誘導加熱に適した鍋などの被加熱物、若しくは受電装置であると判別することができる。誘導加熱に適した鍋などは、受電装置に比較して１次コイル１との電磁的結合が強く１次コイルからの見た等価抵抗も大きいため、半導体スイッチの通電時間の増大に伴う入力電流の増加量が多くなる。この増加量は、鍋などの材質、形状、大きさ等により変化するため、実験により、誘導加熱に適した鍋などの被加熱物と受電装置との入力電流の増加量の差に基づいて、被加熱物と受電装置とを判別する判別基準レベルである判別ライン２を決定することができる。

また、受電装置の種類によって１次コイル１との電磁的結合の強さが異なるため、実験によって、入力電流の増加量の差に基づいて受電装置の種類を判別する判別基準レベルである判別ライン４を決定することができる。図５においては、導通時間に対する１次コイルから見た等価抵抗の差に起因する電気的特性の違いにより機器Ａと機器Ｂとを判別基準レベルである判別ライン４に基づいて判別している。

なお、図５では導通時間と入力電流との関係を例にあげて説明しているが、入力電流、半導体スイッチの導通時間、半導体スイッチの周波数、１次コイル１に流れる電流、および１次コイル１の電圧等の検出値を組み合わせることにより、更に判別精度を上げることが可能である。

例えば、インバータにおける半導体スイッチの導通時間または動作周波数と、１次コイル１の電流とを組み合わせた場合には、半導体スイッチに導通時間または動作周波数に対して１次コイル１の電流が予め定めた設定範囲よりも多い場合には、１次コイル１と電磁的に結合している負荷９がアルミ鍋などの不適合な負荷であると判別することができる。また、１次コイル１の電流値が予め定めた設定値より小さい場合にも、不適合な負荷９と判別することが可能である。この関係は、１次コイル１の電流ではなく１次コイル１の電圧を用いた場合でも同様である。

更に、入力電流、１次コイル１の電流、および１次コイル１の電圧を組み合わせることにより、それぞれの負荷９で期待される領域が決まるため、それぞれの負荷９の判別を行うことが可能となる。

また、実施の形態１の非接触給電装置においては、インバータ３の電気特性から負荷９の種類を推定しているが、本発明においては、負荷９が受電装置の場合、ＩＣタグなどの読み取りや、使用者自身が機器の種類を入力するなどを行って受電装置の判別を行わせる等の他の方法であっても、受電装置の種類を確定し、確定した受電装置に応じて制御仕様を変更するのであれば特に限定するものではない。

さらに、実施の形態１においては、非接触給電装置として、誘導加熱調理器に限定されるものではなく、例えば、アイロンを加熱するための装置、照明器具を点灯させるための装置などを用いてもよい。

以上のように、実施の形態１の非接触給電装置においては、トッププレート２上に載置される負荷９が、鍋１０などの金属容器か、或いは１次コイル１と電磁的結合する２次コイル１２を備えるなどの所定の条件を満たす受電装置かを検知して、負荷９の種類に応じて制御仕様を変更することにより、それぞれの負荷に応じた制御仕様で電力供給を適切に行うことができる。このため、実施の形態１の非接触給電装置および非接触電力伝送システムでは、使用者が負荷９の種類に応じて操作方法等を大きく変更する必要がないため、使い勝手の良い非接触給電装置および非接触電力伝送システムを実現することができる。

（実施の形態２）
以下、本発明に係る実施の形態２の非接触給電装置について添付の図６および図７を参照しながら説明する。図６は実施の形態２の非接触給電装置および受電装置を有する非接触電力伝送システムの概略構成を示す図である。実施の形態２の構成において、前述の実施の形態１の構成と異なる点は、非接触給電装置内に１次側送受信部１５が設けられている点と、非接触給電装置が給電する受電装置３１内に２次側送受信部１６が設けられている点である。したがって、実施の形態２の構成において、非接触給電装置と受電装置３１で構成された非接触電力伝送システムにおいては、予め互いの動作を保証し、認証している機器同士である。

なお、実施の形態２における説明において、実施の形態１における要素と実質的に同じ機能および動作を行う要素には同じ符号を付して、その説明は実施の形態１の説明を援用する。

次に、上記のように構成された実施の形態２の非接触給電装置と受電装置３１で構成された非接触電力伝送システムにおける動作および作用について説明する。

使用者が受電装置３１をトッププレート２の所定の位置に載置した後、非接触給電装置の操作部５内の起動スイッチを操作して起動動作を指示すると、制御部４は、インバータ３を低電力で動作させて、１次コイル１からの高周波磁界が受電装置３１に供給される。このとき、受電装置３１は、当該受電装置内の２次コイルに発生する電力を電源として、非接触給電装置の１次側送受信部１５に対して当該受電装置３１が有する機器識別信号を送信する。非接触給電装置の制御部４は、１次側送受信部１５により受信した受電装置３１からの機器識別信号に基づいて受電装置３１の種類を判別する。

そして、非接触給電装置の制御部４は、前述の実施の形態１の非接触給電装置の場合と同様に、受電装置３１の種類に応じて、当該受電装置３１に適するように、入力最大電力、入力電力の電力調整範囲、負荷動作の設定数、不適合負荷の判別基準レベルなどを変更するとともに、操作部５の操作仕様、および表示部６の表示仕様を変更し、給電動作を開始する。

１次側送受信部１５が受電装置３１を特定する機器識別信号を検知しなかった場合には、負荷が誘導加熱に適した鍋などと推定して、通常の誘導加熱動作を開始する。

なお、１次側送受信部１５及び２次側送受信部１６は、赤外線をはじめとする機器間の無線通信などを用いることが可能であるが、その通信方式に関して本開示においては特に限定されるものではない。

また、実施の形態２における受電装置３１における２次側送受信部１６の電源としては、負荷を判別するために、運転初期に非接触給電装置の１次コイル１から供給される高周波磁界によって２次コイルに発生する電力を利用する方式を例として説明したが、電池を内蔵する方式などを用いても良く、本開示においては特に限定されるものではない。

図７は、実施の形態２の非接触給電装置における動作を示すフローチャートである。

非接触給電装置上に負荷として受電装置３１を載置し、非接触給電装置の起動スイッチを操作してオン状態とすることにより、ｓｔｅｐ１において、動作を開始する。ｓｔｅｐ１においては、インバータ３が低電力で動作して、１次コイル１から高周波磁界が供給される。負荷である受電装置３１は、２次コイルに発生する電力を電源として１次側送受信部１５に対して当該受電装置３１が有する機器識別信号である固有の認証信号を送信する。非接触給電装置の１次側送受信部１５は、受電装置３１からの認証信号の検出動作を行う（ｓｔｅｐ２）。非接触給電装置の制御部４は、１次側送受信部１５が受信した認証信号に基づいて、受電装置３１の種類を判別し、受電装置３１の種類に応じて当該受電装置３１に適するように、実施の形態１の非接触給電装置の場合と同様に、入力最大電力、入力電力の電力調整範囲、負荷動作の設定数、不適合負荷の判別基準レベルなどを変更するとともに、操作部５の操作仕様、および表示部６の表示仕様を変更して、本格的な給電動作を開始する（ｓｔｅｐ３）。

上記のように給電動作開始後において、非接触給電装置は入力電力の急激な変化、および負荷９が非接触給電装置上から取り去られていないかなどの状態変化が生じていないを検出し、負荷９の状態を監視する（ｓｔｅｐ４）。ｓｔｅｐ４の状態変化の監視は、動作終了の指示があるまで継続し、制御部４が操作部５の操作により終了指示を受けたとき（ｓｔｅｐ５）、運転を停止する（ｓｔｅｐ６）。

ｓｔｅｐ４において、ｓｔｅｐ３で認証信号を受信したにもかかわらず、入力電力の急激な変化などの状態変化を検出したときには、例えば、スプーンなどの異物が非接触給電装置上に載置されたと判断して、ｓｔｅｐ６に移行し、運転を停止する。

なお、入力電力の急激な変化などの状態変化が予め定められた所定の時間内に検出前の状態に復帰し、且つ１次側送受信部１５が変化前と同じ認証信号を受け取っている場合には、給電動作が継続される。このため、実施の形態２の非接触電力伝送システムにおいては、給電動作中に不要な給電停止が起こることがなく、使用者の使用勝手を向上させることができる。

動作開始後、ｓｔｅｐ２において、負荷からの認証信号を受信しない場合には、負荷が鍋などの誘導加熱すべき被加熱物であると判断して、当該被加熱物に対して誘導加熱動作を開始する（ｓｔｅｐ７）。このとき、実施の形態２の非接触給電装置においては、負荷が誘導加熱に適した鍋などであるか否かを、インバータ３の電気特性により判別する（ｓｔｅｐ８）。ｓｔｅｐ８において負荷が誘導加熱に適した鍋などと判別した場合には、非接触給電装置は、ｓｔｅｐ９において入力電力の急激な変化などの状態の変化が生じていないかを検出する。例えば、非接触給電装置上にスプーンなどの異物が載置されていないか、負荷が非接触給電装置から取り去られていないかなどが監視される。ｓｔｅｐ９の状態変化の監視は、動作終了の指示があるまで継続し、制御部４が操作部５の操作により終了指示を受けたとき（ｓｔｅｐ１０）、運転が停止される（ｓｔｅｐ１１）。

ｓｔｅｐ９において、入力電力の急激な変化などの状態変化が検出されたとき、例えば、鍋などの負荷が取り去られたと判断されたとき、ｓｔｅｐ１１に移行し、運転を停止する。

なお、入力電力の急激な変化などの状態変化が予め定められた所定の時間内に検出前の状態に復帰した場合には、誘導加熱動作を継続させる。このため、実施の形態２の非接触電力伝送システムにおいては、調理中に不要な加熱停止が生じることがなく、使用者の使用勝手を向上させることができる。

ｓｔｅｐ８において、負荷が誘導加熱に不適な鍋などであると判断された場合には、表示部６において不適負荷の表示が行われる（ｓｔｅｐ１２）。その後、所定の時間経過するまで（ｓｔｅｐ１３）、定期的に認証信号の検出動作、および負荷の加熱適合性の確認動作を行い、所定時間経過しても認証信号を検出できず、負荷が加熱不適合の状態のままで変化がなければ、加熱動作を停止させる（ｓｔｅｐ１４）。

また、非接触給電装置の１次側送受電部１５が受電装置３１の２次側送受電部１６からの認証信号を受け取るタイミング方式としては、１次側送受信部１５から受電装置３１に対して受信信号送付の要求を行った後、２次側送受信部１６が認証信号を送信する方式や、一定周期で受電装置３１の２次側送受信部１６が認証信号の送信を行う方式などがあり、本開示においては特に限定されるものではない。

また、受電装置３１における２次側送受信部１６が一定周期で認証信号を送信する方式を用いる場合には、２次側送受信部１６の認証信号を受信しなくなったとき、非接触給電装置は、受電装置３１が異常と判断して、当該受電装置３１への電力供給を停止させるように構成することも可能である。

以上のように、実施の形態２の非接触電力伝送システムにおいて、非接触給電装置には受電装置３１との間の信号の送受信を行う１次側送受信部１５が設けられている。受電装置３１からの機器識別信号である固有の認証信号を受信したとき、その認証信号に応じて、制御部４の制御仕様を当該受電装置３１に適した制御仕様に変更することにより、非接触給電装置においては当該受電装置３１に応じた最適な動作状態を実現することができる。その結果、実施の形態２の構成によれば、使い勝手の良い安全な非接触給電装置および非接触電力伝送システムを実現することができる。

発明をある程度の詳細さをもって好適な形態について説明したが、この好適形態の現開示内容は構成の細部において変化してしかるべきものであり、各要素の組合せや順序の変化は請求された発明の範囲及び思想を逸脱することなく実現し得るものである。

本発明に係る非接触給電装置は、受電装置への電力供給機器としての機能と、誘導加熱装置としての機能を有するとともに、受電装置の電源電圧の違いに関わらず、受電装置に適応した電源電圧にて動作させることができ、バッテリーを電源とするアウトドアでの使用などの用途にも適用でき、汎用性の高い装置である。

１ １次コイル
２ トッププレート
３ インバータ
４ 制御部
５ 操作部
６ 表示部
７ 負荷判別部
９ 負荷
１０ 鍋
１１ 受電装置
１２ ２次コイル
１３ 直流電源
１４ 直流モータ
１５ １次側送受電部
１６ ２次側送受電部
２１ 受電装置
２２ ヒータ
２３ 容器
３１ 受電装置

Claims (9)

1. 負荷を載置するトッププレートと、
   前記トッププレートの下方に配置され高周波磁界を発生する１次コイルと、
   前記１次コイルに高周波電力を供給するインバータと、
   前記インバータを制御する制御部と、
   負荷が誘導加熱すべき被加熱物か、または前記１次コイルと電磁的に結合する２次コイルを備えた受電装置かを判別する負荷判別部と、を備え、
   前記制御部は、前記負荷判別部の判別結果に応じて前記インバータを制御するよう構成された非接触給電装置。
2. 前記制御部は、前記負荷判別部の判別結果に基づいて、負荷を前記受電装置と判別した場合には、負荷を前記被加熱物と判別した場合よりも前記１次コイルに供給する電力を低下させるよう構成された請求項１記載の非接触給電装置。
3. 前記１次コイルへの通電量を設定する操作部を設け、前記制御部は、前記負荷判別部の判別結果に基づいて、負荷を前記受電装置と判別した場合には、前記受電装置の仕様に対応するように前記操作部の操作内容を変更するよう構成された請求項１または２に記載の非接触給電装置。
4. 前記操作部の機能を表示する表示部を設け、前記制御部は、前記操作部の操作内容の変更に応じて前記表示部の表示を変更するよう構成された請求項３に記載の非接触給電装置。
5. 前記負荷判別部は、少なくともインバータへの入力電流、１次コイルに流れる電流、１次コイルに発生する電圧の電気特性から負荷の種類を判別するよう構成されており、前記制御部は、負荷が前記受電装置と判別され場合には、負荷が前記被加熱物と判別された場合に比べて、前記負荷判別部が前記電気特性から不適合負荷であると判別する判別基準レベルとなる前記電気特性の値を低くするよう構成された請求項１乃至４のいずれか一項に記載の非接触給電装置。
6. 非接触給電装置と、前記非接触給電装置に近接して配置され電磁的に結合して前記非接触給電装置からの電力が供給される受電装置と、を備えた非接触電力伝送システムであって、
   前記非接触給電装置は、負荷を載置するトッププレートと、前記トッププレートの下方に配置され高周波磁界を発生する１次コイルと、前記１次コイルに高周波電力を供給するインバータと、前記インバータを制御する制御部と、負荷が誘導加熱すべき被加熱物か、または前記１次コイルと電磁的に結合する２次コイルを備えた受電装置かを判別する負荷判別部と、を備えており、
   前記受電装置は、前記非接触給電装置上に載置されて、前記１次コイルからの高周波磁界を受けて所望の電力を形成する２次コイルと、前記２次コイルからの電力により駆動される動作部と、を備えており、
   前記制御部は、前記負荷判別部の判別結果に応じて前記インバータを制御するよう構成された非接触電力伝送システム。
7. 前記受電装置は、前記受電装置の固有の認証信号である機器識別信号を送信する２次側送受電部を備え、
   前記非接触給電装置は、前記受電装置からの前記機器識別信号を受信する１次側送受信部を備え、
   前記非接触給電装置の前記制御部は、前記１次側送受信部が受信した前記機器識別信号に基づいて、前記受電装置の仕様に対応するように前記インバータを制御するよう構成された請求項６に記載の非接触電力伝送システム。
8. 前記非接触給電装置は、前記１次コイルへの通電量を設定する操作部を備え、前記制御部は、前記１次側送受信部が受信した前記機器識別信号に基づいて、前記受電装置の仕様に対応するように前記操作部の操作内容を変更するよう構成された請求項７に記載の非接触電力伝送システム。
9. 前記非接触給電装置は、前記操作部の機能を表示する表示部を備え、前記制御部は、前記操作部の操作内容の変更に応じて前記表示部の表示を変更するよう構成された請求項８に記載の非接触電力伝送システム。

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