JP6342066B1 - 送電側機器 - Google Patents

Abstract

スイッチング素子（Ｑ１）におけるスイッチング電圧を検出するスイッチングパラメータ検出部（２１）と、スイッチングパラメータ検出部（２１）による検出結果に基づいて、異物による異常を検出する異常検出部（第１比較部（２６４ａ）及び異常判定部（２６５））とを備えた。

Description

この発明は、高周波数で電力伝送を行う送電側機器に関する。

無線電力伝送システムでは、送受電コイル間に金属製の異物が挟まった状態で連続的な送電を継続すると、異物に渦電流が流れてしまう。異物としては、薄い板状の金属、アルミホイル（アルミ箔）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）又はブルーレイディスク等が挙げられる。
そこで、従来から、送受電コイル間における異物の有無を判定し、電力供給を制御する無線電力伝送システムが知られている（例えば特許文献１，２参照）。

特許文献１に開示されたシステムでは、携帯端末等の受電側機器に電圧検知部及び電流検知部等の専用検出器を設け、専用検出器で得られた情報を受電側機器から送電側機器に伝達している。そして、送電側機器は、上記情報を用いて、送受電コイル間に存在する異物による過電流の有無を判定し、電力供給を制御している。

また、特許文献２に開示されたシステムでは、受電側機器で意図的に間欠的な負荷変化を発生させている。そして、送電側機器でその負荷変化を監視することで、送受電コイル間の異物の有無を判定し、電力供給を制御している。

特開２００１−２７５２８０号公報 特開２００８−２０６２３１号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたシステムでは、送電側機器と受電側機器との間で情報の伝達を行い、異物による過電流の有無を判定している。そのため、送電側機器と受電側機器との間で複雑な信号処理が必要となり、送電側機器と受電側機器の両方に負担が生じる。また、特許文献１に開示されたシステムでは、受電側機器に異物を検出するための専用検出器を設けており、受電側機器における部品点数が増え、機器の大型化、コストの増加が生じる。受電側機器は携帯端末等であるため、受電側機器における部品点数が増えることは好ましくない。

また、特許文献２に開示されたシステムでは、受電側機器で意図的に間欠的な負荷変化を発生させ、送電側機器でその負荷変化を監視することで、送受電コイル間の異物の有無を判定している。そのため、受電側機器に間欠的な負荷変化を発生させる専用制御回路が必要であり、また、送電側機器に負荷変化を監視する専用制御回路が必要になる。よって、送電側機器と受電側機器の両方において部品点数が増え、機器の大型化、コストの増加が発生する。

この発明に係る送電側機器は、入力電力を高周波電力に変換して出力する共振型送信電源装置と、共振型送信電源装置により出力された高周波電力を伝送する送電コイルとを備え、共振型送信電源装置は、一対の入力端子のうちの一方の入力端子に一端が接続されるインダクタと、このインダクタの他端と一対の入力端子のうちの他方の入力端子との間に接続され、ドライブ信号を受けて高周波でスイッチング動作を行う電界効果トランジスタであるスイッチング素子と、このスイッチング素子と送電コイルとの間に配置され、スイッチング素子のスイッチング動作を共振スイッチング動作とさせる共振回路と、スイッチング素子におけるスイッチング電圧を検出するスイッチングパラメータ検出部と、スイッチングパラメータ検出部によるスイッチング電圧と正常範囲であるか否かの閾値とを比較し、スイッチングパラメータ検出部によるスイッチング電圧が正常範囲でない場合に、異物による異常を示す異常信号を出力する異常検出部と、この異常検出部からの異常信号を受けると強制停止を指示する信号を出力するシャットダウン回路と、ＰＷＭ信号を出力するとともに、シャットダウン回路からの強制停止を指示する信号を受けると、前記ＰＷＭ信号の出力を停止するＰＷＭオンオフ制御回路と、ＰＷＭオンオフ制御回路からのＰＷＭ信号を受け、前記スイッチング素子にドライブ信号を出力するドライブ回路とを備えたことを特徴とする。

この発明に係る送電側機器は、入力電力を高周波電力に変換して出力する共振型送信電源装置と、共振型送信電源装置により出力された高周波電力を伝送する送電コイルとを備え、共振型送信電源装置は、スイッチング動作を行うスイッチング素子と、スイッチング素子におけるスイッチング電圧を検出するスイッチングパラメータ検出部と、スイッチングパラメータ検出部による検出結果に基づいて、異物による異常を検出する異常検出部とを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、上記のように構成したので、送電側のみで異物による異常を検出可能となる。

この発明の実施の形態１に係る共振型電力伝送システムの構成例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る共振型送信電源装置の構成例を示す図である。 この発明の実施の形態１における制御回路の動作例を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る共振型送信電源装置により検出される出力電圧及び出力電流の一例を示す図である。 図５Ａ、図５Ｂは、この発明の実施の形態１に係る共振型送信電源装置により検出されるスイッチング電圧及びスイッチング電流の一例を示す図であって、図５Ａは送受電コイル間に異物が無い場合を示す図であり、図５Ｂは送受電コイル間に異物が有る場合を示す図である。 図６Ａ〜図６Ｃは、この発明の実施の形態１における送受電コイル間への異物挿入例を示す図である。 図７Ａ、図７Ｂは、この発明の実施の形態１に係る共振型送信電源装置により検出されるパラメータの変動例を示す図であって、図７Ａはスイッチング電圧の変動例を示す図であり、図７Ｂは入力電流の変動例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る共振型送信電源装置による異常検出条件の一例を示す図である。 図９Ａ、図９Ｂは、この発明の実施の形態１における制御回路のハードウェア構成例を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る共振型電力伝送システムの構成例を示す図である。
共振型電力伝送システムは、図１に示すように、共振型送信電源装置２、送電コイル３、受電コイル４、受信回路５及び負荷６を備えている。図１では、共振型送信電源装置２の前段に一次電源１が接続されている。一次電源１は、直流電力又は交流電力を出力する。また、共振型送信電源装置２及び送電コイル３は送電側機器を構成し、受電コイル４、受信回路５及び負荷６は受電側機器を構成する。

共振型送信電源装置２は、一次電源１から出力された電力（入力電力）を送電コイル３が有する共振周波数（図１ではｆｏ１）と同一（略同一の意味を含む）の周波数を有する高周波電力（出力電力）に変換して出力するＥ級高周波インバータ回路である。この共振型送信電源装置２の詳細については後述する。

送電コイル３は、共振型送信電源装置２から出力された高周波電力が有する周波数と同一（略同一の意味を含む）の周波数で共振することで、電力伝送を行う。

受電コイル４は、送電コイル３が有する共振周波数と同一（略同一の意味を含む）の周波数で共振することで、送電コイル３から伝送された高周波電力を受信する。この受電コイル４により受信された高周波電力（交流電力）は、受信回路５に出力される。

なお、送電コイル３と受電コイル４との間の電力伝送方式は特に限定されず、磁界共鳴による方式、電界共鳴による方式、又は、電磁誘導による方式の何れでもよい。また、送電コイル３と受電コイル４は、図１に示すような非接触に限らない。

受信回路５は、受電コイル４から出力された交流電力に対し、負荷６の仕様に合わせて整流、又は、整流及び電圧変換を行う。すなわち、受信回路５としては、整流回路から成る構成、又は、整流回路及び受信電源（ＤＣ／ＤＣコンバータ又はＤＣ／ＡＣコンバータ等）から成る構成が挙げられる。この受信回路５により得られた電力は、負荷６に出力される。

負荷６は、受信回路５から出力された電力により機能する回路又は機器である。

次に、共振型送信電源装置２の構成例について、図２を参照しながら説明する。
共振型送信電源装置２は、図２に示すように、フィルタ（コンデンサＣ１）、インダクタＬ１、スイッチング素子Ｑ１、共振回路（コンデンサＣ２，Ｃ３及びインダクタＬ２）、共振整合回路（コンデンサＣ４）、スイッチングパラメータ検出部２１、入力パラメータ検出部２２、インダクタパラメータ検出部２３、コンデンサパラメータ検出部２４、出力パラメータ検出部２５及び制御回路２６を備えている。なお、インダクタパラメータ検出部２３及びコンデンサパラメータ検出部２４は、共振回路パラメータ検出部を構成する。

コンデンサＣ１は、一端が一対の入力端子のうちの一方の端子（プラス端子）に接続され、他端が当該一対の入力端子のうちの他方の端子（マイナス端子）に接続されている。図２では、コンデンサＣ１は、一端が入力パラメータ検出部２２を介して上記一対の入力端子のうちの一方の端子に接続されている。

インダクタＬ１は、入力電力を、スイッチング素子Ｑ１の動作毎に一時的に保持する。このインダクタＬ１は、一端がコンデンサＣ１の一端に接続されている。

スイッチング素子Ｑ１は、高周波でスイッチング動作を行う電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。このスイッチング素子Ｑ１は、ドレイン端子がインダクタＬ１の他端に接続され、ソース端子がコンデンサＣ１の他端に接続されている。図２では、スイッチング素子Ｑ１は、ドレイン端子がスイッチングパラメータ検出部２１を介してインダクタＬ１の他端に接続されている。また、スイッチング素子Ｑ１のゲート端子には、制御回路２６の後述するドライブ回路２６３が接続されており、スイッチング素子Ｑ１はドライブ回路２６３から出力されたゲートドライブ信号に応じて駆動する。

共振回路（コンデンサＣ２，Ｃ３及びインダクタＬ２）は、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を共振スイッチング動作とさせる。すなわち、この共振回路により、スイッチング素子Ｑ１によるスイッチング動作が、スイッチング電流（ドレイン−ソース間電流）Ｉｄｓとスイッチング電圧（ドレイン−ソース間電圧）Ｖｄｓの積によるスイッチング損失が最も小さくなるように、ＺＶＳ（ゼロボルテージスイッチング）が成立するように、スイッチング条件が設定される。
コンデンサＣ２は、一端がインダクタＬ１の他端に接続され、他端がコンデンサＣ１の他端に接続されている。また、インダクタＬ２は、一端がインダクタＬ１の他端に接続されている。また、コンデンサＣ３は、一端がインダクタＬ２の他端に接続されている。

共振整合回路（コンデンサＣ４）は、共振型送信電源装置２の出力インピーダンスと、共振型送信電源装置２に接続された送電コイル３の入力インピーダンスとの整合を取る（送電コイル３との間で共振条件を合わせる）。なお、共振整合回路は、共振整合回路を構成する素子の定数が固定である固定整合型、素子の定数が可変である可変整合型、素子の定数が自動で可変されて整合を取る自動整合型の何れでもよい。
コンデンサＣ４は、一端がコンデンサＣ３の他端に接続され、他端がコンデンサＣ１の他端に接続されている。

スイッチングパラメータ検出部２１は、スイッチング素子Ｑ１におけるスイッチング電圧Ｖｄｓ、又は、スイッチング素子Ｑ１におけるスイッチング電圧Ｖｄｓ及びスイッチング電流Ｉｄｓを検出する。このスイッチングパラメータ検出部２１による検出結果を示す信号（スイッチングパラメータ検出信号）は、制御回路２６の後述する第１比較部２６４ａに出力される。

入力パラメータ検出部２２は、入力電力における電流（入力電流）Ｉｉｎを検出する。この入力パラメータ検出部２２による検出結果を示す信号（入力パラメータ検出信号）は、制御回路２６の後述する第２比較部２６４ｂに出力される。なお、入力パラメータ検出部２２は必須の構成ではなく、設けなくてもよい。

インダクタパラメータ検出部２３は、インダクタＬ２における電圧（インダクタＬ２の両端での電圧）ＶＬ又は電流（インダクタＬ２に流れる電流）ＩＬのうちの少なくとも一方を検出する。このインダクタパラメータ検出部２３による検出結果を示す信号（インダクタパラメータ検出信号）は、制御回路２６の後述する第３比較部２６４ｃに出力される。なお、インダクタパラメータ検出部２３は必須の構成ではなく、設けなくてもよい。

コンデンサパラメータ検出部２４は、コンデンサＣ３における電圧（コンデンサＣ３の両端での電圧）Ｖｃ又は電流（コンデンサＣ３に流れる電流）Ｉｃのうちの少なくとも一方を検出する。このコンデンサパラメータ検出部２４による検出結果を示す信号（コンデンサパラメータ検出信号）は、制御回路２６の後述する第４比較部２６４ｄに出力される。なお、コンデンサパラメータ検出部２４は必須の構成ではなく、設けなくてもよい。

出力パラメータ検出部２５は、出力電力における電圧（出力電圧）Ｖｏｕｔ又は電流（出力電流）Ｉｏｕｔのうちの少なくとも一方を検出する。この出力パラメータ検出部２５による検出結果を示す信号（出力パラメータ検出信号）は、制御回路２６の後述する第５比較部２６４ｅに出力される。なお、出力パラメータ検出部２５は必須の構成ではなく、設けなくてもよい。

スイッチングパラメータ検出部２１、入力パラメータ検出部２２、インダクタパラメータ検出部２３、コンデンサパラメータ検出部２４及び出力パラメータ検出部２５の各機能は、共振型送信電源装置２に専用回路を備えることにより実現可能である。
なお、スイッチングパラメータ検出部２１、入力パラメータ検出部２２及び出力パラメータ検出部２５の各機能は、共振型送信電源装置２が通常に有している保護機能を兼用することでも実現可能であり、その場合は専用回路は不要である。

制御回路２６は、共振型送信電源装置２による電力供給を制御する。この制御回路２６は、図２に示すように、発振回路２６１、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）オンオフ制御回路２６２、ドライブ回路２６３、第１〜第５比較部２６４ａ〜２６４ｅ、異常判定部２６５及びシャットダウン回路２６６を備えている。なお、第１〜第５比較部２６４ａ〜２６４ｅ及び異常判定部２６５は、異常検出部を構成する。

発振回路２６１は、駆動信号を生成してＰＷＭオンオフ制御回路２６２に出力する。例えば、発振回路２６１は、駆動信号として６．７８ＭＨｚの方形波を生成してＰＷＭオンオフ制御回路２６２に出力する。

ＰＷＭオンオフ制御回路２６２は、発振回路２６１から出力された駆動信号により駆動し、所定のパルス幅であるパルス状の電圧信号（ＰＷＭ信号）を生成してドライブ回路２６３に出力する。このＰＷＭオンオフ制御回路２６２は、パルス幅を変更する機能及びソフトスタートとソフトオフを制御する機能を有する。
また、ＰＷＭオンオフ制御回路２６２は、シャットダウン回路２６６から強制停止を指示する信号が出力された場合には、ドライブ回路２６３に対するＰＷＭ信号の出力を停止する。この際、ＰＷＭオンオフ制御回路２６２は、共振型送信電源装置２がソフトオフを行うように上記ＰＷＭ信号のパルス幅を制御する。
また、ＰＷＭオンオフ制御回路２６２は、シャットダウン回路２６６から自動復帰を指示する信号が出力された場合には、ドライブ回路２６３に対するＰＷＭ信号の出力を再開する。この際、ＰＷＭオンオフ制御回路２６２は、共振型送信電源装置２がソフトスタートを行うように上記ＰＷＭ信号のパルス幅を制御する。

ドライブ回路２６３は、ＰＷＭオンオフ制御回路２６２から出力された電圧信号に応じて、高周波のゲートドライブ信号を生成してスイッチング素子Ｑ１のゲート端子に出力する。

第１比較部２６４ａは、スイッチングパラメータ検出部２１により検出されたパラメータの特性を閾値（正常範囲）と比較する。ここで、スイッチングパラメータ検出部２１によりスイッチング電圧Ｖｄｓのみが検出された場合には、第１比較部２６４ａは、スイッチング電圧Ｖｄｓの振幅又は波形を閾値と比較する。また、スイッチングパラメータ検出部２１によりスイッチング電圧Ｖｄｓ及びスイッチング電流Ｉｄｓが検出された場合には、第１比較部２６４ａは、上記に加え、スイッチング電流Ｉｄｓの振幅又は波形を閾値と比較する。この第１比較部２６４ａによる比較結果を示す信号は、異常判定部２６５に出力される。

第２比較部２６４ｂは、入力パラメータ検出部２２により検出された入力電流Ｉｉｎの特性（平均値、振幅又は波形）を閾値（正常範囲）と比較する。この第２比較部２６４ｂによる比較結果を示す信号は、異常判定部２６５に出力される。なお、入力パラメータ検出部２２が設けられていない場合には第２比較部２６４ｂは不要である。

第３比較部２６４ｃは、インダクタパラメータ検出部２３により検出されたパラメータの特性を閾値（正常範囲）と比較する。すなわち、第３比較部２６４ｃは、インダクタパラメータ検出部２３により検出された電圧ＶＬの振幅又は波形、電流ＩＬの振幅又は波形、又は電圧ＶＬと電流ＩＬとの位相差のうちの１つ以上を、閾値と比較する。この第３比較部２６４ｃによる比較結果を示す信号は、異常判定部２６５に出力される。なお、インダクタパラメータ検出部２３が設けられていない場合には第３比較部２６４ｃは不要である。

第４比較部２６４ｄは、コンデンサパラメータ検出部２４により検出されたパラメータの特性を閾値（正常範囲）と比較する。すなわち、第４比較部２６４ｄは、コンデンサパラメータ検出部２４により検出された電圧Ｖｃの振幅又は波形、電流Ｉｃの振幅又は波形、又は電圧Ｖｃと電流Ｉｃとの位相差のうちの１つ以上を、閾値と比較する。この第４比較部２６４ｄによる比較結果を示す信号は、異常判定部２６５に出力される。なお、コンデンサパラメータ検出部２４が設けられていない場合には第４比較部２６４ｄは不要である。

第５比較部２６４ｅは、出力パラメータ検出部２５により検出されたパラメータの特性を閾値（正常範囲）と比較する。すなわち、第５比較部２６４ｅは、出力パラメータ検出部２５により検出された出力電圧Ｖｏｕｔの振幅又は波形、出力電流Ｉｏｕｔの振幅又は波形、又は出力電圧Ｖｏｕｔと出力電流Ｉｏｕｔとの位相差のうちの１つ以上を、閾値と比較する。この第５比較部２６４ｅによる比較結果を示す信号は、異常判定部２６５に出力される。なお、出力パラメータ検出部２５が設けられていない場合には第５比較部２６４ｅは不要である。

異常判定部２６５は、第１〜第５比較部２６４ａ〜２６４ｅによる比較結果に基づいて、異常が生じているかを判定する。そして、異常判定部２６５は、異常が生じていると判定した場合には、その旨を示す信号（異常信号）をシャットダウン回路２６６に出力する。

シャットダウン回路２６６は、異常判定部２６５から異常信号が出力された場合に、ＰＷＭオンオフ制御回路２６２に対して強制停止を指示する信号を出力する。また、シャットダウン回路２６６は、強制停止を指示する信号を出力して一定期間経過した後、ＰＷＭオンオフ制御回路２６２に対して自動復帰を指示する信号を出力する。

次に、実施の形態１における制御回路２６の動作例について、図３を参照しながら説明する。以下では、共振型送信電源装置２は給電中であり、検出部２１〜２５は、スイッチング電圧Ｖｄｓ、スイッチング電流Ｉｄｓ、入力電流Ｉｉｎ、電圧ＶＬ、電流ＩＬ、電圧Ｖｃ、電流Ｉｃ、出力電圧Ｖｏｕｔ及び出力電流Ｉｏｕｔの検出を行っているとする。

制御回路２６の動作例では、図３に示すように、まず、第１〜第５比較部２６４ａ〜２６４ｅは、対応する検出部２１〜２５により検出されたパラメータの特性を閾値と比較する（ステップＳＴ１）。

例えば図４では、出力パラメータ検出部２５により検出される出力電圧Ｖｏｕｔ及び出力電流Ｉｏｕｔの一例を示している。図４において、符号４０１が出力電圧Ｖｏｕｔの波形を示し、符号４０２が出力電流Ｉｏｕｔの波形を示している。
この図４に示すように、第５比較部２６４ｅは、出力パラメータ検出部２５により検出された出力電圧Ｖｏｕｔ及び出力電流Ｉｏｕｔから、出力電圧Ｖｏｕｔの振幅Ｖｐ−ｐ又は波形、出力電流Ｉｏｕｔの振幅Ｉｐ−ｐ又は波形、又は出力電圧Ｖｏｕｔと出力電流Ｉｏｕｔとの位相差Δθのうちの１つ以上を算出し、閾値と比較する。なお、出力電圧Ｖｏｕｔの振幅Ｖｐ−ｐ及び出力電流Ｉｏｕｔの振幅Ｉｐ−ｐはピーク値である。

また、図５では、スイッチングパラメータ検出部２１により検出されるスイッチング電圧Ｖｄｓ及びスイッチング電流Ｉｄｓの一例を示している。なお、図５Ａは送受電コイル３，４間に異物１０が無い場合を示し、図５Ｂは送受電コイル３，４間に異物１０がある場合を示している。また図５において、符号５０１がスイッチング電圧Ｖｄｓの波形を示し、符号５０２がスイッチング電流Ｉｄｓの波形を示している。
この図５に示すように、第１比較部２６４ａは、スイッチングパラメータ検出部２１により検出されたスイッチング電圧Ｖｄｓ及びスイッチング電流Ｉｄｓから、スイッチング電圧Ｖｄｓの振幅Ｖｐ−ｐ又は波形に加え、スイッチング電流Ｉｄｓの振幅Ｉｐ−ｐ又は波形を算出し、閾値と比較する。なお、スイッチング電圧Ｖｄｓの振幅Ｖｐ−ｐ及びスイッチング電流Ｉｄｓの振幅Ｉｐ−ｐはピーク値である。

また、図５に示すように、送受電コイル３，４間に異物１０が有る場合には、送受電コイル３，４間に異物１０が無い場合に対し、スイッチング電圧Ｖｄｓの振幅Ｖｐ−ｐが大きく変化している。同様に、スイッチング電流Ｉｄｓの振幅Ｉｐ−ｐも変化している。そのため、第１比較部２６４ａは、スイッチングパラメータ検出部２１により検出されたスイッチング電圧Ｖｄｓ及びスイッチング電流Ｉｄｓの特性を閾値と比較することで、送受電コイル３，４間における異物１０の有無による特性の変化を検出できる。

次いで、異常判定部２６５は、第１〜第５比較部２６４ａ〜２６４ｅによる比較結果に基づいて、異常が生じているかを判定する（ステップＳＴ２）。

図７では、異物１０の挿入量によるスイッチング電圧Ｖｄｓ及び入力電流Ｉｉｎの変動例を示している。ここでは、図６に示すように、送受電コイル３，４間に水平に異物１０が挿入される場合を想定している。異物１０は、ＤＶＤ又はアルミホイル（アルミ箔）としている。
この場合、図７に示すように、異物１０の挿入量に応じて、スイッチング電圧Ｖｄｓ及び入力電流Ｉｉｎが変動する。図７において、符号７０１は、異物１０がＤＶＤであり且つ受電側機器（２個の受電コイル４）が存在する場合を示している。また、符号７０２は、異物１０がアルミホイルであり且つ受電側機器（２個の受電コイル４）が存在する場合を示している。また、符号７０３は、異物１０がＤＶＤであり且つ受電側機器が存在しない場合を示している。また、符号７０４は、異物１０がアルミホイルであり且つ受電側機器が存在しない場合を示している。

ここで、異物１０がアルミホイルである場合（受電側機器有り及び無し）及び異物１０がＤＶＤである場合（受電側機器有り）には、異物１０の挿入量に応じてスイッチング電圧Ｖｄｓの変動が大きくなっている。
そのため、異常判定部２６５は、第１比較部２６４ａによりスイッチング電圧Ｖｄｓの振幅が閾値（例えば８０Ｖ）を超えたと判定された場合には、異常と判定する。これにより、上記異物１０を検出できる。

一方、異物１０がＤＶＤである場合（受電側機器無し）には、異物１０の挿入量に対するスイッチング電圧Ｖｄｓの変動が小さい。
そのため、異常判定部２６５は、第１比較部２６４ａによる比較結果のみでは、上記異物１０を検出できない。

それに対し、異物１０がＤＶＤである場合（受電側機器無し）には、異物１０の挿入量に応じて入力電流Ｉｉｎの変動は大きくなっている。
そのため、異常判定部２６５は、第１比較部２６４ａによりスイッチング電圧Ｖｄｓの振幅が閾値（例えば８０Ｖ）を超えていないと判定されても、第２比較部２６４ｂにより入力電流Ｉｉｎの振幅（変動量）が閾値（例えば０．６Ａ）を超えたと判定された場合には、異常と判定する。これにより、上記異物１０を検出できる。

異物１０は、材質により磁力線の通過具合が異なり、渦電流の流れ方が異なる。アルミホイルは、磁力線が通過できず、渦電流が生じ難い。一方、ＤＶＤは、磁力線が僅かに通過するため、比較的渦電流が生じ易い。このように、ＤＶＤは、あたかも受電側機器が有るかのように振る舞うため、ＤＶＤを異物１０として検出することは難しい。ブルーレイもＤＶＤと同様に異物１０としての検出が難しい。
それに対し、実施の形態１に係る共振型送信電源装置２において、スイッチング電圧Ｖｄｓ及び入力電流Ｉｉｎの両方の変動を計測することで、ＤＶＤ及びブルーレイを異物１０として検出することが可能となる。

図８に、共振型送信電源装置２による異常検出条件の一例を示す。
図８に示すように、異物１０がアルミホイルである場合には、第１比較部２６４ａによりスイッチング電圧Ｖｄｓが過電圧であると判定された場合に、異常判定部２６５は異常と判定する。

また、図８に示すように、異物１０がＤＶＤである場合には、第１比較部２６４ａによりスイッチング電圧Ｖｄｓが過電圧であると判定された場合、又は、第２比較部２６４ｂにより入力電流Ｉｉｎの振幅（変動量）が過電流であると判定された場合に、異常判定部２６５は異常と判定する。この場合、異常判定部２６５は、異物１０挿入時の状態（共振型送信電源装置２が立ち上げ時であるか送電中であるか、及び異物１０の挿入量）に応じて、決められた設定時間における第１比較部２６４ａ及び第２比較部２６４ｂの比較結果を用いて判断する。

また、受電側機器が未設置の状態で、送電側機器が送電状態を維持すると、スイッチング電圧Ｖｄｓが過電圧となる場合がある。よって、異常判定部２６５は、この場合にも異常と判定できる。

なお上記では、スイッチング電圧Ｖｄｓと入力電流Ｉｉｎを用いた場合での異常判定を示したが、その他のパラメータに基づいて異常判定を行うことで、判定精度が向上する。
したがって、異常判定部２６５は、異物１０による検出結果が異常であるかどうかを判定することによって、異物１０の材質を結果的に識別する機能も有している。そのため、例えば、異常判定部２６５は、異物１０が受電側機器ではない発熱を目的とした物質（渦電流による発熱を利用した床暖房用シート等）であると判定した場合には、その異物１０による検出結果を異常として判定せず（異常信号をシャットダウン回路２６６へは出力せず）、共振型送信電源装置２による給電を継続できるようにしてもよい。

このステップＳＴ２において、異常判定部２６５は、異常が生じていると判定した場合には、異常信号をシャットダウン回路２６６に出力し、シーケンスはステップＳＴ３へ移行する。

次いで、シャットダウン回路２６６は、ＰＷＭオンオフ制御回路２６２に対して強制停止を指示する信号を出力する（ステップＳＴ３）。そして、ＰＷＭオンオフ制御回路２６２は、上記指示に応じて、ドライブ回路２６３に対するＰＷＭ信号の出力を停止し、ドライブ回路２６３はゲートドライブ信号の出力を停止する。この際、ＰＷＭオンオフ制御回路２６２は、共振型送信電源装置２がソフトオフを行うように上記ＰＷＭ信号のパルス幅を制御する。これにより、共振型送信電源装置２による給電は停止される。

次いで、シャットダウン回路２６６は、強制停止を指示する信号を出力して一定期間経過した後（例えば３秒後）、ＰＷＭオンオフ制御回路２６２に対して自動復帰を指示する信号を出力する（ステップＳＴ４）。そして、ＰＷＭオンオフ制御回路２６２は、上記指示に応じて、ドライブ回路２６３に対するＰＷＭ信号の出力を再開し、ドライブ回路２６３はゲートドライブ信号の出力を再開する。この際、ＰＷＭオンオフ制御回路２６２は、共振型送信電源装置２がソフトスタートを行うように上記ＰＷＭ信号のパルス幅を制御する。これにより、共振型送信電源装置２による給電が再開される。その後、シーケンスはステップＳＴ１に戻り、上記処理を繰り返す。

また、ステップＳＴ２において、異常判定部２６５が、異常が生じていないと判定した場合には、シーケンスはステップＳＴ１に戻り、上記処理を繰り返す。これにより、共振型送信電源装置２による給電が継続される。

なお上記では、第１比較部２６４ａがスイッチング電圧Ｖｄｓの振幅に対する閾値を例えば８０Ｖに設定した場合を示した。しかしながら、これに限らず複数の閾値を設定してもよい。第２比較部２６４ｂ〜第５比較部２６４ｅについても同様である。
例えば、第１比較部２６４ａはスイッチング電圧Ｖｄｓの振幅に対する閾値として例えば７０Ｖと８０Ｖの２つ設定する。そして、第１比較部２６４ａによりスイッチング電圧Ｖｄｓの振幅が８０Ｖを超えたと判定された場合には、上記と同様に、異常判定部２６５は異常と判定する。また、第１比較部２６４ａによりスイッチング電圧Ｖｄｓの振幅が７０Ｖを超えるが８０Ｖ未満であると判定された場合には、異常判定部２６５は、第２比較部２６４ｂによる比較結果を確認する。そして、第２比較部２６４ｂにより入力電流Ｉｉｎが０．６Ａを超えたと判定された場合には、異常判定部２６５は異常と判定する。これにより、判定精度が向上する。

以上のように、この実施の形態１によれば、スイッチング素子Ｑ１におけるスイッチング電圧を検出するスイッチングパラメータ検出部２１と、スイッチングパラメータ検出部２１による検出結果に基づいて、異物による異常を検出する異常検出部（第１比較部２６４ａ及び異常判定部２６５）とを備えたので、送電側のみで異物による異常を検出可能となる。

また、実施の形態１に係る共振型送信電源装置２では、検出部２１，２２，２５の各機能を、共振型送信電源装置２が既に有している保護機能を兼用することで実現可能である。そのため、従来のような専用検出器及び専用制御回路等は不要であり、また、制御回路２６の設計変更のみで異常を検出できる。よって、共振型送信電源装置２における部品点数を削減でき、装置の小型化、軽量化、低コスト化及び低消費電力化を図れる。

また、共振型送信電源装置２のみで異常が検出可能であるため、従来のような送電側機器と受電側機器との間でのやり取りが不要となり、利便性が向上する。また、システム全体での小型化、軽量化、低コスト化及び低消費電力化を図れる。

最後に、図９を参照して、実施の形態１における制御回路２６のハードウェア構成例を説明する。
制御回路２６における発振回路２６１、ＰＷＭオンオフ制御回路２６２、ドライブ回路２６３、第１〜第５比較部２６４ａ〜２６４ｅ、異常判定部２６５及びシャットダウン回路２６６の各機能は、処理回路５１により実現される。処理回路５１は、図９Ａに示すように、専用のハードウェアであっても、図９Ｂに示すように、メモリ５３に格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）ともいう）５２であってもよい。

処理回路５１が専用のハードウェアである場合、処理回路５１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又はこれらを組み合わせたものが該当する。発振回路２６１、ＰＷＭオンオフ制御回路２６２、ドライブ回路２６３、第１〜第５比較部２６４ａ〜２６４ｅ、異常判定部２６５及びシャットダウン回路２６６の各部の機能それぞれを処理回路５１で実現してもよいし、各部の機能をまとめて処理回路５１で実現してもよい。

処理回路５１がＣＰＵ５２の場合、発振回路２６１、ＰＷＭオンオフ制御回路２６２、ドライブ回路２６３、第１〜第５比較部２６４ａ〜２６４ｅ、異常判定部２６５及びシャットダウン回路２６６の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ５３に格納される。処理回路５１は、メモリ５３に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、制御回路２６は、処理回路５１により実行されるときに、例えば図３に示した各ステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ５３を備える。また、これらのプログラムは、発振回路２６１、ＰＷＭオンオフ制御回路２６２、ドライブ回路２６３、第１〜第５比較部２６４ａ〜２６４ｅ、異常判定部２６５及びシャットダウン回路２６６の手順や方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリ５３とは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ＥＰＲＯＭ）等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリや、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等が該当する。

なお、発振回路２６１、ＰＷＭオンオフ制御回路２６２、ドライブ回路２６３、第１〜第５比較部２６４ａ〜２６４ｅ、異常判定部２６５及びシャットダウン回路２６６の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。例えば、発振回路２６１については専用のハードウェアとしての処理回路５１でその機能を実現し、ＰＷＭオンオフ制御回路２６２、ドライブ回路２６３、第１〜第５比較部２６４ａ〜２６４ｅ、異常判定部２６５及びシャットダウン回路２６６については処理回路５１がメモリ５３に格納されたプログラムを読み出して実行することによってその機能を実現することが可能である。

このように、処理回路５１は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

この発明に係る送電側機器は、送電側のみで異物による異常を検出可能となり、高周波数で電力伝送を行う送電側機器等に用いるのに適している。

１ 一次電源、２ 共振型送信電源装置、３ 送電コイル、４ 受電コイル、５ 受信回路、６ 負荷、１０ 異物、２１ スイッチングパラメータ検出部、２２ 入力パラメータ検出部、２３ インダクタパラメータ検出部、２４ コンデンサパラメータ検出部、２５ 出力パラメータ検出部、２６ 制御回路、５１ 処理回路、５２ ＣＰＵ、５３ メモリ、２６１ 発振回路、２６２ ＰＷＭオンオフ制御回路、２６３ ドライブ回路、２６４ａ〜２６４ｅ 第１〜第５比較部、２６５ 異常判定部、２６６ シャットダウン回路。

Claims (8)

1. 入力電力を高周波電力に変換して出力する共振型送信電源装置と、
   前記共振型送信電源装置により出力された高周波電力を伝送する送電コイルとを備え、
   前記共振型送信電源装置は、
   一対の入力端子のうちの一方の入力端子に一端が接続されるインダクタと、
   このインダクタの他端と前記一対の入力端子のうちの他方の入力端子との間に接続され、ドライブ信号を受けて高周波でスイッチング動作を行う電界効果トランジスタであるスイッチング素子と、
   このスイッチング素子と前記送電コイルとの間に配置され、前記スイッチング素子のスイッチング動作を共振スイッチング動作とさせる共振回路と、
   前記スイッチング素子におけるスイッチング電圧を検出するスイッチングパラメータ検出部と、
   前記スイッチングパラメータ検出部によるスイッチング電圧と正常範囲であるか否かの閾値とを比較し、前記スイッチングパラメータ検出部によるスイッチング電圧が正常範囲でない場合に、異物による異常を示す異常信号を出力する異常検出部と、
   この異常検出部からの異常信号を受けると強制停止を指示する信号を出力するシャットダウン回路と、
   ＰＷＭ信号を出力するとともに、前記シャットダウン回路からの強制停止を指示する信号を受けると、前記ＰＷＭ信号の出力を停止するＰＷＭオンオフ制御回路と、
   ＰＷＭオンオフ制御回路からのＰＷＭ信号を受け、前記スイッチング素子にドライブ信号を出力するドライブ回路と、
   を備えたことを特徴とする送電側機器。
2. 入力電流を検出する入力パラメータ検出部を備え、
   前記異常検出部は、前記入力パラメータ検出部による入力電流と正常範囲であるか否かの閾値とを比較し、前記入力パラメータ検出部による入力電流が正常範囲でない場合に、異物による異常を示す異常信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１記載の送電側機器。
3. 前記スイッチングパラメータ検出部は、前記スイッチング素子におけるスイッチング電流をさらに検出し、
   前記異常検出部は、前記スイッチングパラメータ検出部によるスイッチング電流と正常範囲であるか否かの閾値とを比較し、前記スイッチングパラメータ検出部によるスイッチング電圧が正常範囲である場合でも、前記スイッチングパラメータ検出部によるスイッチング電流が正常範囲でない場合に、異物による異常を示す異常信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１記載の送電側機器。
4. 出力電圧又は出力電流のうちの少なくとも一方を検出する出力パラメータ検出部を備え、
   前記異常検出部は、前記出力パラメータ検出部による出力電圧又は出力電流のうちの少なくとも一方と正常範囲であるか否かの閾値とを比較し、前記出力パラメータ検出部による出力電圧又は出力電流のうちの少なくとも一方が正常範囲でない場合に、異物による異常を示す異常信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１記載の送電側機器。
5. 前記共振回路は、直列接続されたインダクタ及びコンデンサを有し、
   前記インダクタにおける電圧又は電流、又は、前記コンデンサにおける電圧又は電流のうちの１つ以上のパラメータを検出する共振回路パラメータ検出部を備え、
   前記異常検出部は、前記共振回路パラメータ検出部によるインダクタにおける電圧又は電流、又は、コンデンサにおける電圧又は電流のうちの１つ以上のパラメータと正常範囲であるか否かの閾値とを比較し、前記共振回路パラメータ検出部によるインダクタにおける電圧又は電流、又は、コンデンサにおける電圧又は電流のうちの１つ以上のパラメータが正常範囲でない場合に、異物による異常を示す異常信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１記載の送電側機器。
6. 前記送電コイルは、磁界共鳴、電界共鳴又は電磁誘導により電力伝送を行う
   ことを特徴とする請求項１記載の送電側機器。
7. 前記異常検出部は、異物の材質を識別する
   ことを特徴とする請求項１記載の送電側機器。
8. 前記異常検出部は、前記異物が受電側機器ではない発熱を目的とした物質であると判定した場合に、当該異物による検出結果を異常として検出しない
   ことを特徴とする請求項７記載の送電側機器。

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