JP6279452B2

JP6279452B2 - 非接触電力伝送装置

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Publication number: JP6279452B2
Application number: JP2014222936A
Authority: JP
Inventors: 加藤　雅一; 雅一加藤; 昌弘金川
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2018-02-14
Anticipated expiration: 2034-10-31
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Description

本発明の実施形態は、送電装置から受電装置に非接触で電力を伝送する非接触電力伝送装置に関する。

近年、非接触で電力を伝送する非接触電力伝送装置が普及してきている。非接触電力伝送装置は、電力を送電する送電装置と、送電電力を受け取る受電装置とを備え、電磁誘導や磁界共鳴などの電磁結合を利用して、電力を非接触で送電装置から受電装置に伝送する。受電装置は自機を駆動する駆動回路や、受電装置に搭載した２次電池の充電回路等の負荷回路を備えている。

このような非接触電力伝送装置の従来技術として、特許文献1が知られている。特許文献1には、送電装置と受電装置との間の電磁結合を利用して送電装置から非接触で受電装置に電力を伝送する非接触電力伝送装置が記載されている。受電装置である携帯端末では、送電装置である充電器から非接触で電力を受け、携帯端末に内蔵された２次電池に充電が行われる。

充電器と、充電器に装着された携帯端末との間の電磁結合を利用した通信を通じて、充電器に装着された携帯端末が、本来装着されるべき正しい機器であるかどうかの認証が行われる。認証が成立する旨の判定がなされたとき、適正な送電対象であるとして連続的な通常送電が開始される。

送電装置である充電器と、受電装置である携帯端末の間に、何らかの理由により金属異物が挿入されることが懸念される。例えば、誤って小銭を送電装置と受電装置間に挟んだまま、充電器を動作させてしまうこともある。従来の電磁誘導を利用する方式では、１００ｋＨｚ程度の周波数が使われることが多いため、金属異物に渦電流が発生し、発熱するおそれがある。そこで、特許文献１記載の技術では、通常送電期間中に金属異物の検出を行い、金属異物が検出された場合には送電を停止し、金属異物の発熱を抑制するようにしている。

他の非接触電力伝送方式として、送電装置と受電装置が数ｃｍ程度離れても電力伝送が可能な、磁界共鳴方式も知られている。磁界共鳴方式を利用した非接触電力伝送装置では、電力伝送のために数ＭＨｚの周波数が使われることが多い。例えば、６．７８ＭＨｚや１３．５６ＭＨｚの周波数が利用されている。磁界共鳴方式においては、送電装置と受電装置とを密着させる必要がなく、送電装置と受電装置との間に隙間ができることがあることから、何らかの理由により、受電装置への非接触充電中に、異物が送電装置と受電装置との間に挟まる可能性もある。異物としては、小銭などの金属異物の他にも、例えば１３．５６ＭＨｚを利用するＩＣカードなども含まれる。ＩＣカードは、厚さ１ｍｍ程度で、ＩＣチップとＩＣチップへ接続されるアンテナ配線を備え、ＩＣカード専用の送信機から非接触で電力を受けながら動作する。

周波数６．７８ＭＨｚや１３．５６ＭＨｚを使う非接触電力伝送装置において、６．７８ＭＨｚの２倍の周波数に等しい１３．５６ＭＨｚに共振するＩＣカードが送電装置に近接する、または送電装置と受電装置間に挟まると、ＩＣカードが電力を受けて発熱し、さらには発熱によりＩＣカードが故障する可能性もある。異物検出として、金属異物以外にもＩＣカードを検出することが重要となる。

ＩＣカードが消費する電力は、受電装置に伝送する電力と比較すればわずかである。例えば、非接触電力伝送装置の受電装置が受電する電力を２０Ｗとし、ＩＣカードは０．５Ｗを受電するような場合、送電装置と受電装置の間にＩＣカードが入ったとしても受電電力は０．５／２０＝０．０２５（２．５％）しか変化しない。

特開２０１１−２２９２６５公報

ＩＣカードを検出するために、判定用の電流閾値を設定して、この閾値を超えたかどうかで異物を検出する方法を採用しても、ＩＣカードの有無による電流の変化はごくわずかである。そのため、非接触電力伝送装置において送電装置と受電装置の間に挟まったＩＣカードを検出することは非常に難しい。また、受電装置に搭載される二次電池の充電量により送電電流は変化するため、閾値を適切に設定することが難しく、充電中の異物検出が困難という問題点があった。

発明が解決しようとする課題は、非接触充電中においても、送電装置と受電装置との間に電流変化が微小な異物がはさまれた状態を検出できるようにすることである。

上記課題を解決するために、実施形態の非接触電力伝送装置は、非接触で電力を受電し、負荷回路に接続と切断を繰り返して電力を前記負荷回路に供給する受電装置と、前記負荷回路が切断されている期間にのみ前記受電装置への送電電流値を検出し、前記送電電流値が電流閾値より高い場合、送電を停止する送電装置と、を備えている。

第１の実施形態に係る非接触電力伝送装置の構成を示すブロック図。第１の実施形態に係る非接触電力伝送装置の構成を示す斜視図。第１の実施形態に係る非接触電力伝送装置の動作を示すフローチャート。第１の実施形態に係る非接触電力伝送装置の動作を示すタイミング図。第１の実施形態に係る非接触電力伝送装置の動作を示すタイミング図。第２の実施形態に係る非接触電力伝送装置の動作を示すフローチャート。第２の実施形態に係る非接触電力伝送装置の動作を示すタイミング図。第２の実施形態に係る非接触電力伝送装置の構成を示すブロック図。第３の実施形態に係る非接触電力伝送装置の動作を示すフローチャート。第３の実施形態に係る非接触電力伝送装置の動作を示すタイミング図。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。尚、図面で同じ番号は同じ構成または類似した構成を示している。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る非接触電力伝送装置１００の構成を示すブロック図である。図２は、非接触電力伝送装置１００を構成する送電装置１０と受電装置２０を概略的に示す斜視図である。

図１に示すように、非接触電力伝送装置１００は、電力を送電する送電装置１０と、送電された電力を受電する受電装置２０とを備えている。送電回路１１から出力された電力は、送電コイル１３と受電コイル２１との間の電磁誘導または磁界共鳴等の電磁結合を利用して、受電装置２０に伝送される。

外部からＡＣアダプタ１７などの電源装置を介して直流電力が送電装置１０に供給される。送電装置１０は、交流電力を発生する送電回路１１と、コンデンサ１２及び送電コイル１３で構成される共振回路と、送電回路１１に電力を供給または停止する切替回路１９と、送電回路１１に入力される直流電流を検出する電流センサ１４と、電流センサ１４で検出した微小な信号を増幅する電流検出回路１５、制御回路１６、電圧変換回路１８とを備えている。切替回路１９は制御回路１６からの制御信号によりＡＣアダプタ１７と送電回路１１とを接続または切断し、送電装置１０から受電装置２０への電力の供給／停止を切り替える。電流センサ１４は電流を検出するための微小抵抗になっている。制御回路１６は、マイコンや発振回路などから成っている。電圧変換回路１８はＡＣアダプタ１７の出力電圧を送電装置１０内の各部の回路動作に適した電圧に変換し、供給する。通信手段４０が送電装置１０に備えられ、通信手段４１が受電装置２０に備えられている。制御回路１６，２７が通信手段４０と４１を通して、送電受電に関する情報を非接触で交換できるようになっている。

送電回路１１は、コンデンサ１２及び送電コイル１３で構成される共振回路の自己共振周波数と同一、或いはほぼ同一の周波数の交流電力を発生する。送電回路１１は、スイッチング素子としてＦＥＴを有し、制御回路１６内の発振回路の出力でＦＥＴをオン／オフする構成になっている。なお、制御回路１６内の発振回路は、コンデンサ１２及び送電コイル１３で構成される共振回路の自己共振周波数と同一、或いはほぼ同一の周波数で発振する。第１の実施形態では、送電装置１０から受電装置２０へ電力を供給する、または供給を停止させる動作は切替回路１９で実施する構成になっている。切替回路１９を用いず、スイッチング素子をオン／オフすることで、送電装置１０から受電装置２０へ電力を供給するまたは供給を停止させることも可能である。

送電回路１１で発生する交流電力の周波数は、電力伝送に電磁誘導方式を利用する場合には１００ｋＨｚ程度の周波数を使用し、電力伝送に磁界共鳴方式を利用する場合には数ＭＨｚ〜十数ＭＨｚを使用する。磁界共鳴方式の場合、具体的には６．７８ＭＨｚや１３．５６ＭＨｚを使用することが多い。本実施形態は６．７８ＭＨｚになっている。なお、本実施形態は動作周波数を限定するものではなく、電磁誘導方式、磁界共鳴方式など広い周波数帯域で利用可能である。

受電装置２０は、受電コイル２１とコンデンサ２２から構成される共振素子と、交流を直流に変換する整流回路２３と、整流回路２３で出力された直流電圧を所望の直流電圧に変換する電圧変換回路２４と、負荷回路２５と、を備える。さらに、電圧変換回路２４と負荷回路２５とを接続／切断するための切替回路２６を備えている。切替回路２６の接続／切断の制御は、制御回路２７が行う。制御回路２７の駆動のために、整流回路２３の出力を制御回路２７が必要とする直流電圧に変換する電圧変換回路２８を備える。制御回路２７はマイコンになっている。

受電装置２０の受電コイル２１とコンデンサ２２から構成される共振回路の自己共振周波数は、送電装置１０のコンデンサ１２及び送電コイル１３で構成される共振回路の自己共振周波数と同一、或いはほぼ同一になっている。同一の周波数であるので、互いに電磁結合し送電側から受電側に効率よく電力を伝送する。

負荷回路２５は、携帯端末やタブレット端末等の電子機器の回路である。受電装置２０で受電した電力は、電子機器の動作や、電子機器が内蔵するリチウムイオン等のバッテリーの充電等に利用される。負荷回路２５は受電装置２０に内蔵された構成で説明しているが、負荷回路２５を受電装置２０の外部に設け、受電装置２０の切替回路２６にコネクタを通して負荷回路２５を接続する構成にしてもよい。

コンデンサ１２、２２は必ずしも電子部品で構成する必要はなく、送電コイル１３や受電コイル２１の形状によっては、各コイルの線間の静電容量で代用することもできる。また、コンデンサ１２と送電コイル１３は直列に、コンデンサ２２と受電コイル２１は直列に配置して直列共振回路を構成している。直列共振回路に替えて、コンデンサ１２と送電コイル１３を並列に、コンデンサ２２と受電コイル２１を並列に配置して並列共振回路の構成としても良い。

図２は送電装置１０の上に受電装置２０を配置した非接触電力伝送装置１００を表している。送電装置１０の上に受電装置２０を矢印の方向に置き、送電装置１０の送電コイル１３に受電コイル２１を重ねることで受電装置２０に電力を伝送する。即ち、送電コイル１３に交流電流を流すことにより、送電コイル１３に磁界が発生する。一方、受電コイル２１には電磁結合の作用により、受電コイル２１に交流電流が流れ、その電流を整流することで直流電力を得ることができる。

図２において、送電装置１０は、受電装置２０を載置しやすい平板状の筐体から成り、筐体内部の受電装置２０側に送電コイル１３を配置している。受電装置２０は、平板状の筐体を有し、送電装置１０上に置くことができる。受電装置２０内には、送電コイル１３と対向するように、受電コイル２１が筐体内の送電装置１０側に配置されている。

非接触電力伝送装置１００の送電装置１０と受電装置２０の制御構成を説明する。金属やＩＣカードなどの異物が挟まった場合の異物検出動作を中心に説明する。

図３は負荷回路２５のバッテリーへ充電中の動作を示すフローチャートである。図４は送電装置１０と受電装置２０間に異物がない場合のタイミング図を示している。図５は送電装置１０と受電装置２０間に異物が入った場合のタイミング図を示している。

送電装置１０上に受電装置２０が置かれると、まず受電装置２０が正規の受電装置２０であるか否かを確認するための認証動作を行う。認証が確立後、送電装置１０から受電装置２０に電力を伝送し、充電動作（３００）に移る。制御回路１６は認証動作ＡＣＴ１０１で送電装置１０から受電装置２０へ受電装置２０の固有ＩＤを問合わせる。制御回路２７は認証動作ＡＣＴ２０１で問合せに応じ受電装置２０の固有ＩＤを送電装置１０へ応答する。送電装置１０から受電装置２０へのＩＤの問合せと受電装置２０から送電装置１０への応答（４００）によって、受電装置２０が充電すべき正規の受電装置２０であるか否かを送電装置１０で判定する。正規のＩＤであれば充電時の動作３００を実行し、非正規であれば送電を停止し充電しないようにさせる。ＩＤの問合せは送電装置１０と受電装置２０に設けられた通信手段４０、４１を通して、行っている。通信手段４０、４１は例えば無線通信や赤外線通信等の無線通信手段を用いても良いし、負荷変調方式として、送電コイル１３と受電コイル２１とを通信手段としても利用し、電力伝送と通信手段とを共用させるようにしても良い。本実施形態では、認証動作の方法などについては特に規定しない。

送電装置１０において、認証動作（ＡＣＴ１０１）が完了した後、制御回路１６は送電回路に通常送電（ＡＣＴ１０２）を行わせる。通常送電中、制御回路１６はＴ２時間間隔で送電電流値を検出する（ＡＣＴ１０３）。送電電流値は、送電装置１０内の電流センサ１４で検出した微小な電位差を、電流検出回路１５で増幅し、制御回路１６で電圧値を電流値に変換して得ることができる。

受電装置２０が送電装置１０から非接触で電力を受けている状態においては、受電装置２０の制御回路２７は、一定時間ごとに切替回路２６を切り替えて、負荷回路２５を接続／切断する。図３に示すように、受電装置２０では負荷接続（ＡＣＴ２０２）した後、Ｔ０時間経過後（ＡＣＴ２０３）に負荷を切断する（ＡＣＴ２０４）。そしてＴ１時間経過後（ＡＣＴ２０５）に再び負荷を接続し（ＡＣＴ２０２）、この動作を繰り返す。ここで、Ｔ２＜Ｔ１＜Ｔ０の関係となっている。期間Ｔ０の間負荷回路２５に充電を行い、期間Ｔ１の間負荷回路２５に充電を行わない。そのため、非充電期間Ｔ１と充電期間Ｔ０の比に応じて電力伝送効率は変化する。効率よく充電するために、Ｔ０に対してＴ１は十分少ない値とする必要がある。また、より正確に異物検出をするために、Ｔ１期間に複数回電流検出可能なＴ２期間を選択する必要がある。

送電装置１０の制御回路１６では、少なくとも（Ｔ０＋Ｔ１）時間にわたって送電電流値が異物検出閾値３３を下回るかを監視し（ＡＣＴ１０４）、下回ることがあれば異物なしと判定し、送電を継続する（ＡＣＴ１０２）。一方、（Ｔ０＋Ｔ１）時間にわたって送電電流値が異物検出閾値３３を下回ることがなければ、異物があると判断して送電を停止する（ＡＣＴ１０５）。

図４に示すタイミング図は、充電時の動作（３００）における送電電流の変化を示したものである。送電を開始してからＴａのタイミングで受電装置２０の制御回路２７が負荷回路２５を切断するように制御すると、それまで負荷回路２５に電力を供給するために流れていた送電電流ＴｘＩ１は、負荷切断によりＴｘＩ２のレベルまで低下する。

負荷回路２５が切断されると、送電装置１０からみると受電装置２０がない状態とほぼ同等であり、非常に負荷が軽い状態になる。負荷が軽いため、送電電流はほぼ送電装置１０内で消費する程度に低下する。

次に、ＴａのタイミングからＴ１時間経過したＴｂのタイミングで、受電装置２０の制御回路２７が負荷回路２５を電圧変換回路２４に接続するように切替回路２６を切替える。負荷回路２５が接続されるため、送電装置１０からみて負荷が重くなり、負荷回路２５に電力を供給するため送電電流はＴｘＩ３のレベルまで上昇する。ここで負荷回路２５の状態がタイミングＴａ以前と変わっていなければ、ＴｘＩ３のレベルはＴｘＩ１のレベルと同等である。

受電装置２０の制御回路２７が、負荷回路２５を接続したタイミングＴｂからＴ０時間後のタイミングＴｃにおいて、再び負荷回路２５を切断する。負荷切断により送電電流のレベルはＴｘＩ４に低下する。ＴｃのタイミングからＴ１時間後のタイミングＴｄにおいて再度負荷回路２５が接続されると、送電電流のレベルはＴｘＩ５に上昇する。特に異物が送電装置１０と受電装置２０の間に挟まるような変化がなければ、ＴｘＩ４はＴｘＩ２とほぼ同等、ＴｘＩ５はＴｘＩ３とほぼ同等となる。このように、受電装置２０の制御回路２７は、充電中において、負荷回路２５を切断し、Ｔ１時間後に負荷回路２５を接続、Ｔ０時間後に再び負荷回路２５を切断する動作を繰り返す。

送電装置１０の制御回路１６では、異物を検出するための電流値の閾値として、異物検出閾値３３をあらかじめ設定しておく。異物検出閾値３３は負荷回路２５が切断された状態で送電装置１０を流れる電流ＴｘＩ２，ＴｘＩ４の値より大きな値を設定する。異物検出閾値３３が電流ＴｘＩ２，ＴｘＩ４の値より大きすぎる場合には、ＩＣカード等の送電電流の変化が比較的小さい異物を検出できないため電流ＴｘＩ２，ＴｘＩ４を適切な値に設定する必要がある。異物が送電装置１０と受電装置２０との間に挟まっていない場合には、図４に示すように、負荷回路２５が切断されたタイミングの、ＴａとＴｂの間、ＴｃとＴｄの間の電流値は、異物検出閾値３３を下回る。したがって、電流値検出３５、３６及び３７，３８のタイミングで検出した電流値は、異物検出閾値３３を下回り、異物なしと判断されるので、送電を継続する。

具体的な値として、Ｔ０を１ｓ、Ｔ１を１００ｍｓ、Ｔ２を１０ｍｓとした。また、異物がない状態（正常な状態）での送電電流値はＴｘＩ１＝８００ｍＡ、負荷を切断した状態での送電電流値ＴｘＩ２＝１００ｍＡであった。ＩＣカードが送電装置１０と受電装置２０間に入った場合を想定して、電流閾値３３は１２０ｍＡとした。

図５を用いて、充電中に、送電装置１０と受電装置２０との間に異物が挟まった場合の動作について説明する。

異物が挟まるタイミングＴｆまで、動作は図４に示した場合と同様である。タイミングＴｆにおいて、小銭やＩＣカードなどの異物が挟まると、異物にも電力を供給することになり送電する電力が増えるため、送電電流もＴｘＩ３からＴｘＩ６に増える。タイミングＴｂからＴ０時間経過後のタイミングＴｃで受電装置２０の制御回路２７が負荷回路２５を切り離すように制御すると、送電電流はＴｘＩ６からＴｘＩ７に減少する。送電電流はＴｘＩ７に減少するが、異物は挟まったままであるため、送電装置１０から異物に電力が供給される。挟まった異物に電力を供給し続けるため、ＴｘＩ７の値は異物が挟まっていない状態での電流値ＴｘＩ２よりも大きくなる。結果、ＴｘＩ７の値は異物検出閾値３３より高い値になる。

電流値検出３７、３８のタイミングにおいて、送電装置１０の制御回路１６が、送電電流値ＴｘＩ７が異物検出閾値３３を超えていることを検出する。（Ｔ０＋Ｔ１）時間の間、一度も送電電流値が異物検出閾値３３を下回ることがないため（ＡＣＴ１０４）、異物があると判定し、制御回路１６はタイミングＴｅにおいて送電を停止する（ＡＣＴ１０５）。具体的には、制御回路１６が切替回路１９を制御し、送電回路１１に電流が供給されないようにする。

受電装置２０の構成によって、受電装置２０が電力を受取り始めてから最初に切替回路２６が負荷回路２５を切断するまでの時間Ｔａは決まっていない。Ｔａが決まっていないので、少なくも（Ｔ０＋Ｔ１）の期間中に送電電流値が異物検出閾値３３を下回ることがない場合に、制御回路１６は異物が入ったと判断している。この構成によって、非接触で負荷回路２５に充電している間に、送電装置１０と受電装置２０との間に異物が挟まっても、異物検出が可能となる。

上述の実施形態では、異物検出閾値３３を、受電装置２０の負荷回路２５が切り離され、かつ異物も混入しない状態における電流値ＴｘＩ２やＴｘＩ４と、異物が混入した時の電流値ＴｘＩ７との間になるように設定した。一方で、充電中の電流値ＴｘＩ３と、充電中に異物が混入した時の電流値ＴｘＩ６との間に異物検出閾値を設定しても異物の検出は可能である。しかし、充電中の電流は負荷回路２５である二次電池の残量によって変動し、また、受電装置２０を置く位置によっても送電電流は変動するため、安定して異物検出を行うことは難しい。したがって、無負荷状態の電流変動が少ないことを利用して、異物検出閾値３３を設定することが望ましい。無負荷状態の電流に基づいて予め異物検出閾値３３を決めることで、送電電流の変化が微小な異物が挟まった場合であっても、本実施形態の非接触充電装置１００は異物の検出が可能になる。

（第２の実施形態）
図６、図７を参照して第２の実施形態について説明する。図６は第２の実施形態のフローチャートである。図７は第２の実施形態における電流検出のタイミングを示している。第２の実施形態では、充電開始のＴｓ時点から、すでに異物が存在する場合について述べる。Ｔｓ時点以前において、送電装置１０と受電装置２０との間で認証動作を実施済みで、認証が確立している状態を想定して説明する。第２の実施形態では認証した状態を想定するが、特に認証動作が必要というわけではなく、送電装置１０に受電装置２０を置くと充電を開始するようなシステムであっても良い。第２の実施形態の装置構成は、第１の実施形態で説明した送電装置１０および受電装置２０の構成を備えている。

送電装置１０は初めに認証動作ＡＣＴ１０１を行う。送電装置１０からＩＤの問合せに対し、受電装置２０の認証動作（ＡＣＴ２０１）でＩＤを応答する（４００）。認証が確立後、充電動作３００を行う。送電装置１０は、Ｔｓにおいて送電を開始する（ＡＣＴ１０２）と、Ｔ２の一定時間間隔で送電電流値を検出する（ＡＣＴ１０３）。Ｔ３時間の間、制御回路１６は送電電流値が異物検出閾値３３を下回ったかを検出する（ＡＣＴ１０４）。Ｔ３期間中にＴ２で繰り返すいずれかのタイミングで、送電電流値が異物検出閾値３３を下回っていれば異物なしと判定し送電を継続する（ＡＣＴ１０２）。Ｔ３期間中、一度も異物検出閾値３３を下回らなければ、異物ありと判定し、送電を停止する（ＡＣＴ１０５）。

受電装置２０においては、第１の実施形態と同様に、負荷接続後（ＡＣＴ２０２）、Ｔ０時間経過してから（ＡＣＴ２０３）負荷を切断し（ＡＣＴ２０４）、Ｔ１時間経過後（ＡＣＴ２０５）に負荷を接続する（ＡＣＴ２０２）制御を繰り返す。Ｔ２、Ｔ１、Ｔ０の時間間隔は、第１の実施形態と同様に、Ｔ２＜Ｔ１＜Ｔ０の関係となっている。

期間Ｔ３は図７に示すように期間Ｔ０、Ｔ１の充電動作・非充電動作の期間を考慮して決めている。期間Ｔ０では負荷回路２５に充電を行い、期間Ｔ１では負荷回路２５に充電を行わない。期間Ｔ３は、少なくとも（Ｔ０＋Ｔ１）時間は必要であるが、異物判定の誤動作を避けるため、（Ｔ０＋Ｔ１）時間よりも長くしている。第２の実施形態では、Ｔ３は２×（Ｔ０＋Ｔ１）時間よりもやや長い時間としている。ただし、Ｔ３時間が長すぎると、異物があると判定するために多くの時間を要することになり、異物判定に要する時間Ｔ３は誤動作の発生確率を考慮して決める必要がある。

図７では、Ｔｓ時点から受電装置２０に対して充電を開始すると、送電電流は徐々に増えていく様子を示している。受電装置２０の負荷回路２５がリチウムイオン電池の場合には、一般に満充電に近くなるまでは徐々に充電電力が増加する。そのため、ＴｓからＴａ間、ＴｂからＴｃ間送電電流は徐々に増加している。リチウムイオン電池は携帯端末などに広く利用されている。

一方、負荷回路２５が切り離されたタイミングの、ＴａとＴｂの間（Ｔ１）、ＴｃとＴｄの間（Ｔ１）は、負荷回路２５に充電しない状態になるため、送電電流は一定値となる。したがって、異物検出閾値３３は負荷回路２５が切り離された状態の送電電流値よりも若干高く設定しておけば、異物の誤検出も少なくできる。

送電装置１０では、Ｔ３時間に渡って送電電流値が異物検出閾値３３を下回らなかったため、Ｔｅのタイミングで異物ありと判定し送電を停止する（ＡＣＴ１０５）。

送電装置１０の制御回路１６は充電期間Ｔ０、非充電期間Ｔ１、異物の判定のための時間Ｔ３をあらかじめ保持し、Ｔ０時間とＴ１時間を送電装置１０から受電装置２０に伝えるようにしている。この方法に替えて、充電動作を開始する前に、送電装置１０と受電装置２０との間で情報のやりとり（４００）を行い、受電装置２０があらかじめ持っているＴ０、Ｔ１時間の情報からＴ３時間を算出するようにしてもよい。

図８は他の非接触電力伝送装置１１０の構成を示している。非接触電力伝送装置１１０では、受電装置２０がイネーブル／ディセーブル機能付きの電圧変換回路２４を使用している以外、第１の実施形態の非接触電力伝送装置１００と同じである。電圧変換回路２４にＤＣ／ＤＣコンバータＩＣを用いる場合、ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣにイネーブル／ディセーブル機能付きのものを使えば、切替回路２６の機能を代用することができる。すなわち、電圧変換回路２４で発生する電圧を負荷回路２５に接続または切断する切替回路２６として機能させている。結果、受電装置２０をより簡単な構成にすることができる。イネーブル／ディセーブル機能付きの電圧変換回路２４を用いる構成は、第１から第３の実施形態において利用可能である。

以上、第２の実施形態で述べた構成でも、非接触充電中において、送電装置と受電装置との間に電流変化が微小な異物がはさまれた状態を容易に検出できるようになる。

（第３の実施形態）
図９及び図１０を用いて第３の実施形態を説明する。回路構成は、第１、第２の実施形態で説明した非接触電力伝送装置１００、または１１０の構成になっている。制御回路１６および２７の動作が、第１または第２の実施形態とは異なっている。

第３の実施形態では、送電装置１０の通信機４０と受電装置２０の通信機４１間で通信により同期をとり、送電装置１０は受電装置２０が負荷回路２５を切り離すタイミングの間だけ送電電流を検出するようにしている。

図９に充電中の異物検出を示すフローチャートを示す。受電装置２０の動作は上述した第１および第２の実施形態と同様である。ただし、負荷を切断し（ＡＣＴ２０４）Ｔ１時間経過するタイミング（ＡＣＴ２０５）を、送電装置１０の制御回路１６は通信手段４０、４１を通して検出している点が、異なっている。

送電装置１０において、制御回路１６はＴ１時間経過中（ＡＣＴ２０５）に合わせて送電電流値を検出する（ＡＣＴ１０３）。制御回路１６は異物検出閾値３３と送電電流値を比較し（ＡＣＴ１０６）、閾値３３を下回っていれば異物なしと判定して通常送電を継続し（ＡＣＴ１０２）、閾値３３を上回っていれば異物ありと判定して送電を停止する（ＡＣＴ１０５）。

図１０は第３の実施形態のタイミングチャートを示している。受電装置２０にて負荷回路２５を切り離すタイミング、ＴａとＴｂの間、ＴｃとＴｅの間で電流値検出を行っている。電流値検出３５、３６で検出した送電電流値ＴｘＩ２は異物検出閾値３３よりも小さいため、この時点では異物なしと判定される。異物がない状態での送電電流をＴｘＩ３とする。Ｔｆのタイミングで異物が混入すると、異物に電力が奪われる分だけ送電電流は増加する（ＴｘＩ６）。電流値検出３７、３８で検出する送電電流値ＴｘＩ７は異物検出閾値３３を上回るため、制御回路１６は異物ありと判定して送電を停止する。

以上述べた第３の実施形態においても、非接触充電中において、送電装置１０と受電装置２０との間に電流変化が微小な異物がはさまれた状態を容易に検出できるようになる。

尚、本発明のいくつかの実施形態を述べたが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…送電装置
１１…送電回路
１２、２２…コンデンサ
１３…送電コイル
１４…電流センサ
１５…電流検出回路
１６、２７…制御回路
１８、２８…電圧変換回路
１９、２６…切替回路
２０…受電装置
２１…受電コイル
２３…整流回路
２５…負荷回路

Claims

非接触で電力を受電し、負荷回路に接続と切断を繰り返して電力を前記負荷回路に供給する受電装置と、
前記負荷回路が切断されている期間にのみ前記受電装置への送電電流値を検出し、前記送電電流値が電流閾値より高い場合、送電を停止する送電装置と、を備える非接触電力伝送装置。
送電コイルと、前記送電コイルに接続され前記送電コイルを通して電力を送電する送電回路と、前記送電回路に供給する電流を検出する電流検出回路と、前記送電回路を制御する第１の制御回路とを備える送電装置と、
受電コイルと、前記受電コイルに接続された整流回路と、前記整流回路に接続され負荷回路を駆動する電圧に変換する電圧変換回路と、前記電圧変換回路を前記負荷回路に接続または切断する切替回路と、前記切替回路を制御する第２の制御回路とを備える受電装置とを、備え、
前記第２の制御回路は、受電を開始した後に、時間Ｔ０の間負荷回路を接続し、続いて時間Ｔ１の期間負荷回路を切断し、前記接続と切断とを繰り返す制御を行い、
前記第１の制御回路は、前記Ｔ１の期間にのみ前記電流検出回路で電流値を検出し、前記電流値が電流閾値より高い場合、送電を停止する制御を行う、
非接触電力伝送装置。
前記切替回路として、前記電圧変換回路のイネーブル機能によって、前記受電装置に負荷回路を接続または切断する請求項２記載の非接触電力伝送装置。