JP6362001B2 - 非接触給電装置およびその制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、非接触給電装置およびその制御装置に関する。

従来の非接触給電装置は、磁束により電力を伝送する送電装置、および、送電装置により伝送される電力を受ける受電装置を備える。送電装置は、交番電力が供給されることにより交番磁束を出力する送電コイル、送電コイルと電源との電気的な接続をオンまたはオフする複数のスイッチング素子、および、複数のスイッチング素子の動作を制御する送電制御部を備える。受電装置は、交番磁束が鎖交することにより電力を発生する受電コイル、および、受電コイルの電力が供給される負荷を備える。

従来の非接触給電装置によれば、スイッチング素子の制御により送電コイルに交番電力が供給され、その交番電力により送電コイルから交番磁束が出力され、その交番磁束が受電コイルに鎖交することにより、受電装置の負荷に電力が供給される。

特許文献１は、従来の非接触給電装置の一例を開示している。特許文献１の非接触給電装置では、送電装置により受電装置が検出された場合、受電装置の負荷に供給する電力を受電装置に伝送するための第１のモードが選択される。一方、送電装置により受電装置が検出されない場合、第１のモードよりも小さい電力を出力する第２のモードが選択される。

しかし、特許文献１の非接触給電装置によれば、送電装置が起動したときに受電装置が検出されない場合、第２のモードが選択され、その後に受電装置が検出されたときに、第２のモードから第１のモードに切り替えるための指令信号が、複数のスイッチング素子に出力される。そのため、指令信号が出力されてから実際に第１のモードに切り替わるまでに時間を要する場合があり、送電装置から受電装置に速やかに電力が伝送されないおそれがある。

特許第５５４４７０５号

本発明は、送電装置から受電装置に速やかに電力が供給される非接触給電装置およびその制御装置を提供する。

具体的には、本発明の実施の形態の一例による非接触給電装置の制御装置は、交番電力が供給されることにより交番磁束を出力する送電コイルを有する送電装置と、交番磁束により電力が伝送される受電コイルを有する受電装置とを備える非接触給電装置に設けられ、送電コイルに供給される交番電力を制御する送電制御部を有する。送電制御部は、受電装置の負荷に供給する電力を受電コイルに伝送するために送電コイルに供給される交番電力を制御する第１のモード、および、第１のモードにより伝送される電力よりも小さい電力が送電コイルに供給される交番電力を制御する第２のモードを備える。送電制御部は、起動後に最初に第１のモードを選択するよう構成されている。

また、本発明の実施の形態の一例による非接触給電装置は、上述したような制御装置を備える。

上記のような構成により、送電装置から受電装置に速やかに電力が供給されることができる。

図１は、本発明の実施の形態１の非接触給電装置が用いられた電動歯ブラシおよび充電スタンドの斜視図である。 図２は、図１の電動歯ブラシの正面図である。 図３は、図２の３−３線の断面図である。 図４は、図１の充電スタンドの断面図である。 図５は、図１の電動歯ブラシおよび充電スタンドの部分断面図である。 図６は、本発明の実施の形態１の非接触給電装置の制御装置の送電装置のブロック図である。 図７は、本発明の実施の形態１の非接触給電装置の制御装置の集磁装置および受電装置のブロック図である。 図８は、本発明の実施の形態１の非接触給電装置の制御装置の送電装置が、第１のモードが選択されているときに送電コイルに供給する交番電力を示す波形図である。 図９は、本発明の実施の形態１の非接触給電装置の制御装置の送電装置が、第２のモードが選択されているときに送電コイルに供給する交番電力を示す波形図である。 図１０は、本発明の実施の形態１の非接触給電装置の制御装置の受電装置の受電コイルに発生する交番電力を示す波形図である。 図１１は、本発明の実施の形態１の非接触給電装置の制御装置の送電制御部が実行する送電モード切替処理のフローチャートである。 図１２は、本発明の実施の形態１の非接触給電装置の制御装置の受電制御部が実行する受電モード切替処理のフローチャートである。 図１３は、本発明の実施の形態１の非接触給電装置の制御装置の送電装置の送電制御部により実行される送電モード切替の第１の例を示すタイミングチャートである。 図１４は、本発明の実施の形態１の非接触給電装置の制御装置の送電装置の送電制御部により実行される送電モード切替の第２の例を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１〜図５を参照して本発明の実施の形態の一例による非接触給電装置の構成について説明する。

図１に示されるように、非接触給電装置１は、電動歯ブラシ１０および充電スタンド８０を備えている。

電動歯ブラシ１０は、柱形状の本体２０、および、本体２０の駆動部３０（図３参照）の出力軸３１（図２参照）に着脱可能に取り付けられるヘッド１１を備えている。

図２に示されるように、本体２０は、ケース２１、表示部２４、電源ボタン２５、図３に示す支持体２９、駆動部３０、電源部４０、基板５０、受電装置６０、および、集磁装置７０を備えている。駆動部３０、電源部４０、基板５０、受電装置６０、および、集磁装置７０は、支持体２９に支持されて、ケース２１の内部に収容される。

ケース２１は、中空の把持部２２、把持部２２の上部を塞ぐ上キャップ２６、および、把持部２２の下部を塞ぐ下キャップ２７を備えている。把持部２２は、上キャップ２６から下キャップ２７に向かにつれて外径が小さくなるテーパ形状を有する。

図３に示されるように、把持部２２の背面には把持部２２の外方に突出した凸部２３Ａが形成されている。凸部２３Ａは把持部２２の周方向に延びる。凸部２３Ａは把持部２２の周方向において不連続である。把持部２２は、凸部２３Ａよりも下方の部分が充電スタンド８０（図１参照）に支持されたときに、充電スタンド８０の支持部８４に覆われる被支持部２３を形成する。被支持部２３は、凸部２３Ａが上端となるよう構成されている。

上キャップ２６は、把持部２２の上部に嵌め込まれる。上キャップ２６の上面には、円盤形状の弾性部材２８Ａが取り付けられており、弾性部材２８Ａから出力軸３１が突出可能に設けられている。上キャップ２６と把持部２２の内周との間には、弾性部材２８Ｂが配設されている。弾性部材２８Ｂには、例えばＯリングが用いられる。

下キャップ２７は、把持部２２の下部に嵌め込まれる。下キャップ２７は、下方からねじＢにより支持体２９に取り付けられている。下キャップ２７と把持部２２の内周との間には、弾性部材２８Ｃが配設されている。弾性部材２８Ｃには、例えばＯリングが用いられる。下キャップ２７と支持体２９の底面との間には、弾性部材２８Ｄが配設されている。

図２に示すように、表示部２４は、使用者が視認可能に本体２０に取り付けられている。表示部２４は、イオン表示部２４Ａ、駆動モード表示部２４Ｂ、残量表示部２４Ｃ、および、充電表示部２４Ｄを含む。

各表示部２４Ａ〜２４Ｄは、例えばＬＥＤにより構成されている。

イオン表示部２４Ａは、ヘッド１１にイオンを発生させている旨を点灯により表示する。

駆動モード表示部２４Ｂは、ヘッド１１の振動の種類に応じて点灯する。ヘッド１１の振動の種類は、駆動部３０（図３参照）の駆動態様により設定される。

残量表示部２４Ｃは、電源部４０の充電池４１（図３参照）の電圧に応じた表示を行う。

各表示部２４Ａ〜２４Ｄは、基板５０に実装されている。

把持部２２は、各表示部２４Ａ〜２４Ｄが点灯したときに露光するように、各表示部２４Ａ〜２４Ｄと対向する部分が光の透過性が高い材料により形成されている。

なお、各表示部２４Ａ〜２４Ｄの少なくとも一部が把持部２２の表面から露出するよう把持部２２に孔が形成されていてもよい。

各表示部２４Ａ〜２４Ｄは、被支持部２３とは異なる位置に配置されている。このため、図１に示されるように、本体２０が充電スタンド８０（図１参照）に支持されているときであっても、使用者は、各表示部２４Ａ〜２４Ｄを視認できる。特に、充電表示部２４Ｄが視認可能であることにより、使用者は充電中か否かを把握しやすい。

電源ボタン２５は、使用者が操作可能に本体２０に取り付けられている。電源ボタン２５は、少なくとも一部が把持部２２の表面から露出するように本体２０に取り付けられている。電源ボタン２５が押されたとき、駆動制御部（図示略）が駆動部３０（図３参照）を、設定されている駆動モードに基づいて制御する。

図３に示されるように、駆動部３０は、出力軸３１がケース２１の上部から突き出るように本体２０に支持されている。駆動部３０は、例えば電動のリニアアクチュエータである。駆動部３０が駆動するとき、出力軸３１は振動する。このため、出力軸３１に取り付けられるヘッド１１（図１参照）が振動する。なお、駆動部３０を電動モータとし、出力軸３１を電動モータの回転軸に対して偏心する偏心軸とすることもできる。この場合、電動モータの駆動にともなって偏心軸が振動するため、ヘッド１１（図１参照）を振動させることができる。

電源部４０は、充電池４１を備えている。充電池４１は、上端と下端とを板金４２により支持されている。基板５０は、把持部２２の内周に沿うように把持部２２の内部に配置されている。電源部４０は、駆動部３０に電力を供給する。

受電装置６０の２次電力供給部である受電部６１は、把持部２２のうちの底面２７Ａ付近に配置されている。受電部６１は、受電コイル６２および集磁装置７０の集磁コイル７１を備えている。受電コイル６２および集磁コイル７１は、ボビン形状の磁性体コア６３に巻回されている。受電コイル６２は、集磁コイル７１の外周に巻回されている。磁性体コア６３は、フェライトに樹脂が取り付けられている。集磁コイル７１と受電コイル６２との間は、絶縁テープが巻かれている。

把持部２２の内部において、上キャップ２６付近に駆動部３０が配置され、下キャップ２７付近に受電コイル６２が配置されている。駆動部３０と受電コイル６２との間には、電源部４０が配置されている。

充電スタンド８０は、図４に示されるように、ケース８１、交流電源ＡＣ（図６参照）を接続するための接続部９０、基板１００、および、送電装置１１０を備えている。基板１００および送電装置１１０は、ケース８１の内部に収容される。

ケース８１は、家具等の設置面に設置される台座８２、台座８２の外周部の一部から上方に延びる柱８３、および、柱８３の上端から横方向に突出した支持部８４を備えている。支持部８４と台座８２とは柱８３に対して同一方向に延びている。このため、支持部８４と台座８２とは対向する。支持部８４には、高さ方向に延びる孔８４Ａが形成されている。支持部８４は、本体２０（図１参照）を挿入可能な孔８４Ａを有する。孔８４Ａは、本実施の形態では、環状である。

図５に示されるように、孔８４Ａの内径は、本体２０の把持部２２のうちの受電コイル６２が配置される部分の外径よりも僅かに大きい。このような構成により、孔８４Ａには把持部２２の下方の部分が挿入されることができる。

把持部２２のうちの受電コイル６２が配置される部分よりも上方の部分には、把持部２２の外方に突出した凸部２３Ａが形成されている。凸部２３Ａは、支持部８４の孔８４Ａの上方側の開口の縁に形成される凹部８４Ｂに引っかかる。

凹部８４Ｂから台座８２の頂面までの距離ＬＡは、図５に示されるように、凸部２３Ａから本体２０の下キャップ２７により形成される底面２７Ａまでの距離ＬＢよりも大きい。

このような構成により、本体２０が孔８４Ａに挿入されたとき、本体２０の底面２７Ａと台座８２の頂面との間には隙間Ｓが形成される。したがって、本体２０は底面２７Ａが台座８２の頂面から浮いた状態で充電スタンド８０に支持される。

図４に示されるように、孔８４Ａの内周には、孔８４Ａの中心軸に向かって突出する２つのガイド部８４Ｃが形成されている。２つのガイド部８４Ｃは、孔８４Ａの中心軸を挟んで反対の位置に形成されている。２つのガイド部８４Ｃは、孔８４Ａの軸方向において互いに異なる位置に形成されている。

このため、孔８４Ａに本体２０（図５参照）が挿入されているとき、２つのガイド部８４Ｃにより本体２０（図５参照）の高さ方向が、孔８４Ａの軸方向に平行するように本体２０（図５参照）の姿勢が保持される。

接続部９０は、柱８３の下部、かつ、台座８２とは柱８３に対して反対側に形成される。接続部９０は、凹部形状を有する。接続部９０の内部には、端子が備えられており、この端子を介して送電装置１１０に電力が供給される。基板１００は、台座８２の内部に配置されている。送電装置１１０の送電コイル１１１は、支持部８４に配置されている。

次に、図６を参照して、送電装置１１０の回路構成について説明する。

送電装置１１０は、電源線１２０を介して交流電源ＡＣに接続される。電源線１２０には、交流電源ＡＣの交流電力を直流電力に変換する電源回路１２１が備えられている。

送電装置１１０は、送電コイル１１１、第１のスイッチング素子１１２Ａ、第２のスイッチング素子１１２Ｂ、コンデンサ１１３Ａ，１１３Ｂ、第１のドライブ回路１１４Ａ、第２のドライブ回路１１４Ｂ、送電制御部１１５、送電共振コンデンサ１１６、電流検出回路１１７、および、電圧検出回路１１８を備えている。

なお、本実施の形態においては、非接触給電装置の制御装置は、送電装置１１０内の送電制御部１１５である場合について説明するが、制御装置は、送電装置１１０以外の部分に構成されることも可能である。

スイッチング素子１１２Ａ，１１２Ｂ、コンデンサ１１３Ａ，１１３Ｂ、ドライブ回路１１４Ａ，１１４Ｂ、送電制御部１１５、送電共振コンデンサ１１６、電流検出回路１１７、および、電圧検出回路１１８は、基板１００（図４参照）に実装される。

第１のスイッチング素子１１２Ａおよび第２のスイッチング素子１１２Ｂは、電源回路１２１により生成された直流電流を送電コイル１１１に供給する。第１のスイッチング素子１１２Ａおよび第２のスイッチング素子１１２Ｂは、互いに直列に接続されている。

第１のスイッチング素子１１２Ａおよび第２のスイッチング素子１１２Ｂには、例えば電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ； Ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が用いられる。第１のスイッチング素子１１２Ａおよび第２のスイッチング素子１１２ＢにＦＥＴが用いられた場合、第１のスイッチング素子１１２Ａおよび第２のスイッチング素子１１２Ｂの一方は、ＮチャンネルＦＥＴであり、他方はＰチャンネルＦＥＴである。

２つのスイッチング素子１１２Ａ，１１２Ｂにより、ハーフブリッジ回路が構成されている。２つのスイッチング素子１１２Ａ，１１２Ｂには、コンデンサ１１３Ａ，１１３Ｂがそれぞれ並列に接続されている。

第１のスイッチング素子１１２Ａには第１のドライブ回路１１４Ａが接続されている。第２のスイッチング素子１１２Ｂには第２のドライブ回路１１４Ｂが接続されている。

送電制御部１１５は、各ドライブ回路１１４Ａ，１１４Ｂから各スイッチング素子１１２Ａ，１１２Ｂに供給する電力を制御する。送電制御部１１５は、ＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）の指令信号を各ドライブ回路１１４Ａ，１１４Ｂに出力する。各ドライブ回路１１４Ａ，１１４Ｂは、入力されたＰＷＭの指令信号に基づいた電力を各スイッチング素子１１２Ａ，１１２Ｂにそれぞれ供給する。各スイッチング素子１１２Ａ，１１２Ｂがそれぞれオンとオフとを繰り返すことにより、直流電流から交流電流が生成される。

送電共振コンデンサ１１６は、スイッチング素子１１２Ａ，１１２Ｂと送電コイル１１１との間において、スイッチング素子１１２Ａ，１１２Ｂおよび送電コイル１１１と直列接続されている。すなわち、送電コイル１１１と送電共振コンデンサ１１６とスイッチング素子１１２Ａとは、送電共振コンデンサ１１６を介して直列接続されている。同様に、送電コイル１１１と送電共振コンデンサ１１６とスイッチング素子１１２Ｂとは、送電共振コンデンサ１１６を介して直列接続されている。送電共振コンデンサ１１６および送電コイル１１１は、送電共振回路を構成する。

電流検出回路１１７は、送電装置１１０のグランド側に接続される入力電流を検出するための抵抗１１７Ａ、および、抵抗１１７Ａの両端に発生する電圧を増幅する増幅回路１１７Ｂを備えている。増幅回路１１７Ｂは、電流の大きさを電圧に変換して送電制御部１１５に出力する。

送電共振コンデンサ１１６と送電コイル１１１との間には、送電共振回路の電圧である共振電圧Ｖを検出する、２つの抵抗から構成される電圧検出回路１１８が接続されている。電圧検出回路１１８は、共振電圧Ｖを送電制御部１１５に出力する。

集磁装置７０は、図７に示されるように、集磁コイル７１および集磁共振コンデンサ７２を備えている。集磁共振コンデンサ７２は基板５０に実装される。

受電装置６０は、集磁コイル７１と磁気結合する受電コイル６２、ダイオード６４、平滑コンデンサ６５、電流検出回路６６、受電制御部６７、スイッチ６８、タイミング検出回路６９、および、充電表示部２４Ｄを備えている。

ダイオード６４、平滑コンデンサ６５、電流検出回路６６、受電制御部６７、スイッチ６８、および、タイミング検出回路６９は、基板５０（図３参照）に実装される。

図６に示す送電コイル１１１から発生した交番磁束は、図７に示す集磁コイル７１に鎖交し、集磁コイル７１に磁気共振により電力が伝送される。集磁コイル７１に伝送された電力は、電磁誘導により受電コイル６２に伝送され、受電コイル６２に交番電力を発生させる。

すなわち、送電コイル１１１（図６参照）は、受電コイル６２に電力を伝送する。受電コイル６２に発生した交番電力は、ダイオード６４により交流電流から直流電流に変換される。

ダイオード６４には、ダイオード６４により変換された直流電流のノイズを低減するための平滑コンデンサ６５、および、ダイオード６４により変換された直流電流が供給される負荷である充電池４１が接続されている。

ダイオード６４と充電池４１との間には、スイッチ６８が配置されている。

電流検出回路６６は、受電装置６０のグランド側に接続される入力電流を検出するための抵抗６６Ａ、および、抵抗６６Ａの両端に発生する電圧を増幅する増幅回路６６Ｂを備えている。増幅回路６６Ｂは、電流の大きさを電圧に変換して受電制御部６７に出力する。

受電制御部６７は、スイッチ６８のオンとオフとを切り替える。すなわち、受電制御部６７は、充電池４１への電力の供給の実行と非実行とを切り替える。

受電制御部６７は、充電池４１の電圧が所定電圧以上から所定電圧未満になったときにスイッチ６８をオンに切り替える。また、受電制御部６７は、充電池４１の電圧が所定電圧未満から所定電圧以上になったときにスイッチ６８をオフに切り替える。

受電制御部６７は、充電表示部２４Ｄの表示を切り替える。

受電制御部６７は、充電池４１への充電が行われているときに充電表示部２４Ｄを点灯させる。受電制御部６７は、充電池４１への充電が行われていないときにときに充電表示部２４Ｄを点灯させない。

受電制御部６７は、スイッチ６８のオンとオフとを切り替えることにより送電制御部１１５（図６参照）と通信を行う。送電制御部１１５（図６参照）は、受電制御部６７がスイッチ６８を切り替えることにより変化する共振電圧Ｖを電圧検出回路１１８（図６参照）により検出する。

タイミング検出回路６９は、受電コイル６２が生成した交番電力の所定期間における波形の有無を検出する。タイミング検出回路６９により検出される波形は、送電コイル１１１（図６参照）に供給される交番電力の出力と相関している。すなわち、タイミング検出回路６９は送電コイル１１１（図６参照）に供給される交番電力を検出する。

タイミング検出回路６９は、例えばトランジスタにより構成される。受電コイル６２に交番電力が発生するときには、受電コイル６２に連続して電圧が印加されるため、トランジスタがオンの状態を継続する。このため、タイミング検出回路６９は、第１のタイミング信号ＳＡを受電制御部６７に出力する。

他方、受電コイル６２に交番電力が発生していないときには、トランジスタがオフの状態になる。このため、タイミング検出回路６９は、第２のタイミング信号ＳＢを受電制御部６７に出力する。

図６に示す送電制御部１１５は、充電池４１（図７参照）に供給する電力を受電コイル６２（図７参照）に伝送するための第１のモードと、第１のモードよりも送電コイル１１１に供給する電力が小さい第２のモードとを備えている。

図８に示されるように、送電制御部１１５（図６参照）は、第１のモードが選択されているとき、送電コイル１１１に交番電力を連続して供給する。

図９に示されるように、送電制御部１１５（図６参照）は、第２のモードが選択されているとき、交番電力を供給する期間ＴＡと交番電力を供給しない期間ＴＢとを繰り返す。期間ＴＡは期間ＴＢより短い。期間ＴＡは例えば５０ミリ秒であり、期間ＴＢは例えば４５０ミリ秒である。

また、第２のモードにおける交番電力の振幅ＡＹは、第１のモードにおける交番電力の振幅ＡＸよりも小さい。このため、送電制御部１１５（図６参照）は、第２のモードが選択されているとき、第１のモードにより伝送される電力よりも小さい電力を送電コイル１１１に供給する。

図１０において、信号１０Ａは、送電コイル１１１（図６参照）から受電コイル６２に、第２モードに続いて第１モードの電力が伝送されているときの受電コイル６２（図７参照）に発生する交番電力を示し、信号１０Ｂは、そのときのタイミング検出回路（図７参照）からのタイミング信号を示す。

図１０の信号１０Ａに示されるように、送電コイル１１１（図６参照）から受電コイル６２に電力が伝送されているとき、受電コイル６２（図７参照）に発生する交番電流は、送電コイル１１１（図６参照）に供給される交番電流と対応する。

信号１０Ｂに示されるように、タイミング検出回路６９（図７参照）は、第１モードが選択されているときには受電制御部６７に第１のタイミング信号ＳＡを持続して出力し、第２モードが選択されているときには受電制御部６７に第１のタイミング信号ＳＡと第２のタイミング信号ＳＢとを繰り返し出力する。

次に、図６および図１１を参照して送電制御部１１５により実行される送電モード切替処理について説明する。

まず、送電制御部１１５は、送電装置１１０が起動したか否かを判定する（ステップＳ１１）。具体的には、接続部９０（図４参照）に電源線１２０が接続されることにより送電制御部１１５に電力が供給されたとき、送電装置１１０が起動したと判定する。送電制御部１１５は、送電装置１１０が起動したと判定したとき（ステップＳ１１のＹＥＳ）、第１のモードを選択する（ステップＳ１２）。すなわち、送電制御部１１５は、起動後に最初に第１のモードを選択し、第１のモードに対応する指令信号をドライブ回路１１４Ａ，１１４Ｂに出力する。

送電制御部１１５は、送電装置１１０が起動していないと判定したとき（ステップＳ１１のＮＯ）には、処理を終了する。

次に、送電制御部１１５は、共振電圧Ｖが所定電圧ＶＡ以上かを判定する（ステップＳ１３）。送電制御部１１５は、ステップＳ１３において共振電圧Ｖが所定電圧ＶＡ以上であると判定したとき（ステップＳ１３のＹＥＳ）は、第１のモードから第２のモードに変更し（ステップＳ１４）、処理を終了する。すなわち、送電制御部１１５は、第２のモードに対応する指令信号をドライブ回路１１４Ａ、１１４Ｂに出力する。

他方、送電制御部１１５は、ステップＳ１３において、共振電圧Ｖが所定電圧ＶＡ未満であると判定したとき（ステップＳ１３のＮＯ）は、第１のモードを継続し（ステップＳ１５）、処理を終了する。

次に、図７および図１２を参照して、受電制御部６７により実行される受電モード切替処理について説明する。

まず、受電制御部６７は、受電コイル６２に発生する交番電流のタイミング検出を実行する（ステップＳ２１）。次に、受電制御部６７は、第１のモードが選択されているか否かを判定する（ステップＳ２２）。具体的には、タイミング検出回路６９が、第１のタイミング信号ＳＡが所定期間以上にわたり連続して出力されているときには、第１のモードが選択されていると判定し（ステップＳ２２のＹＥＳ）、ステップＳ２３に進む。タイミング検出回路６９が、第１のタイミング信号ＳＡが所定期間内において間欠的に出力されているときには、第２のモードが選択されていると判定し（ステップＳ２２のＮＯ）、ステップＳ２５に進む。

ステップＳ２２において、タイミング検出回路６９が、第１のモードが選択されていると判定したとき（ステップＳ２２のＹＥＳ）、受電制御部６７は充電条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ２３）。充電条件は、例えば充電池４１の電圧が所定電圧未満のときに成立する。

受電制御部６７は、ステップＳ２３において充電条件が成立していると判定したとき（ステップＳ２３のＹＥＳ）、受電装置６０を充電モードに設定する（ステップＳ２４）。充電モードが設定されたとき、受電制御部６７は、スイッチ６８を制御することによって、供給要求信号を送電制御部１１５に送信する。また、このとき、受電制御部６７は、スイッチ６８をオンにし、受電コイル６２と充電池４１とを接続する。また、このとき、受電制御部６７は充電表示部２４Ｄを点灯させる。

受電制御部６７は、ステップＳ２３において充電条件が成立していないと判定したとき（ステップＳ２３のＮＯ）、受電装置６０を待機モードに設定する（ステップＳ２５）。待機モードが設定されたとき、受電制御部６７は、スイッチ６８を制御することによって、供給停止信号を送電制御部１１５に送信する。また、このとき、受電制御部６７は、スイッチ６８をオフにし、受電コイル６２と充電池４１とを遮断する。また、このとき、受電制御部６７は、充電表示部２４Ｄを消灯させる。

なお、ステップＳ２２において、タイミング検出回路６９が、第２のモードが選択されていると判定したとき（ステップＳ２２のＮＯ）も、受電制御部６７は、受電装置６０を待機モードに設定する（ステップＳ２５）。

送電制御部１１５（図６参照）は、受電制御部６７から供給要求信号を受信したとき第１のモードを選択する。送電制御部１１５は、受電制御部６７から供給停止信号を受信したとき第２のモードを選択する。

次に、図１３を参照して、送電制御部１１５（図６参照）により実行される送電モード切替の第１の例について説明する。

図１３において、信号１３Ａは、送電装置１１０が送電コイル１１１に供給する供給電力のタイミングを示し、信号１３Ｂは、送電共振回路（図６参照）に発生する共振電圧Ｖを示す。

時刻ｔ１０は、送電装置１１０（図６参照）が起動した時刻を示す。このとき、送電制御部１１５は、第１のモードを選択する。

時刻ｔ１１は、送電装置１１０が起動してから所定の時間が経過した時刻を示す。このとき、信号１３Ｂに示すように、送電制御部１１５（図６参照）は、共振電圧Ｖが所定電圧ＶＡ以上であることを判定する。すなわち、送電制御部１１５は、第１のモードを選択してから所定の時間（第１の所定の時間）が経過するまでの間に受電装置６０が検出されないときは、信号１３Ａに示すように、第１のモードから第２のモードに変更する。

時刻ｔ１２は、歯ブラシ１０（図５参照）が充電スタンド８０（図６参照）の孔８４Ａに挿入され、かつ、受電制御部６７（図７参照）から供給要求信号を受信したときの時刻を示す。送電制御部１１５は、供給要求信号に基づいて、信号１３Ａに示すように、第２のモードから第１のモードに変更する。時刻ｔ１２以降において、送電制御部１１５は、受電制御部６７から供給停止信号を受信するまで、または、歯ブラシ１０（図５参照）が充電スタンド８０（図６参照）の孔８４Ａから外れて共振電圧Ｖが所定電圧ＶＡよりも大きくなるまで、第１のモードを継続する。

次に、図１４を参照して、送電制御部１１５（図６参照）により実行される送電モード切替の第２の例について説明する。

図１３と同様に、図１４において、信号１４Ａは、送電装置１１０が送電コイル１１１に供給する供給電力のタイミングを示し、信号１４Ｂは、送電共振回路（図６参照）に発生する共振電圧Ｖを示す。

時刻ｔ２０は、送電装置１１０（図６参照）が起動した時刻を示す。このとき、送電制御部１１５は、第１のモードを選択する。

時刻ｔ２１は、送電装置１１０（図６参照）が起動してから所定の時間が経過した時刻を示す。このとき、信号１４Ｂに示すように、送電制御部１１５（図６参照）は、共振電圧Ｖが所定電圧Ｖ未満であることを判定する。すなわち、送電制御部１１５は、第１のモードを選択してから所定の時間が経過するまでの間に受電装置６０を検出したため、信号１４Ａに示すように、第１のモードを継続する。

時刻ｔ２２は、受電制御部６７から供給停止信号を受信したときの時刻を示す。このとき、送電制御部１１５は供給停止信号に基づいて、信号１４Ａに示すように、第１のモードから第２のモードに変更する。時刻ｔ２２以降において、送電制御部１１５は、受電制御部６７から供給要求信号を受信するまで、第２のモードを継続する。

以上説明したような構成を有する非接触給電装置１は、以下のような効果を奏する。

受電装置６０が、送電装置１１０により受電装置６０が検出されることができる位置（以下、「検出可能位置」と称す。）にある状態において、非接触給電装置１の送電制御部１１５が起動した場合、最初に第１のモードが選択される。これにより、受電装置６０の充電池４１に供給するための電力が送電装置１１０から受電装置６０に伝送される。このような構成により、送電制御部１１５の起動後に最初に第２モードが選択される場合と異なり、第２のモードから第１のモードへの切り替えにともなって発生する受電装置６０に電力が伝送されない時間が無くなり、送電装置１１０から受電装置６０に速やかに電力が供給されることができる。

また、従来の非接触給電装置においては、送電装置の起動後に受電装置が検出されてから第１のモードに変更する指令信号が出力される。このため、送電制御部が受電装置を検出するまで受電装置に電力が伝送されない時間が発生する。しかし、本実施の形態による非接触給電装置１では、送電制御部１１５は、送電制御部１１５が起動したとき、最初に第１のモードが選択されるため、送電装置１１０から受電装置６０に速やかに電力が供給される。

また、送電制御部１１５は、送電制御部１１５が起動したとき、送電装置１１０から受電装置６０に速やかに電力が供給されるため、充電表示部２４Ｄを速やかに点灯させることができる。このため、充電が開始されたことを使用者が速やかに把握できる。

また、本実施の形態の非接触給電装置１によれは、送電装置１１０に対する受電装置６０の位置が、電力の伝送に適していない位置に設定された状態において、所定の時間よりも長い時間にわたって第１のモードが継続されることを回避することができる。このため、電力の消費量を低減させることができる。

また、本実施の形態の非接触給電装置１によれは、送電装置１１０に対する受電装置６０の位置が検出可能位置を取る場合、すなわち、受電装置６０が、送電装置１１０により検出されることができる位置にある場合、送電制御部１１５の起動後から継続して第１のモードが選択される。このような構成により、送電装置１１０に対する受電装置６０の位置が検出可能位置を取る場合に、送電装置１１０により受電装置６０が検出されてから第１のモードから第２のモードに切り替えられる場合と比較して、送電装置１１０から受電装置６０に速やかに電力が供給される。

一般に、送電制御部が受電装置を検出する方法として、共振電圧Ｖの単位時間あたりの変化量に基づいて判定する方法がある。この方法においては、受電装置が検出可能位置にある状態で電源線が接続部に接続されたとき、送電制御部が受電装置を検出できない。

しかし、本実施の形態の非接触給電装置１においては、送電制御部１１５は、共振電圧Ｖが所定電圧ＶＡ未満であることに基づいて、送電装置１１０を検出する。このような構成により、受電装置６０が検出可能位置にある状態で電源線１２０が接続部９０に接続されたときも、受電装置６０が検出可能位置にあるか否かを判定できる。

本実施の形態の非接触給電装置１において、受電制御部６７は、送電制御部１１５が第１のモードを選択しているとき充電モードを選択し、送電制御部１１５が第２のモードを選択しているとき待機モードを選択する。すなわち、充電に適した第１モードのときにのみ充電モードが選択され、充電に適した動作が行われる。このような構成により、第２のモードが選択されているときに充電表示部２４Ｄが点灯しない。また、第２のモードが選択されているときに充電池４１に電力が供給されない。

（変形例）
本発明は、以上に説明した実施の形態に限られず、例えば以下に示される変形例も含まれる。

（変形例１）第２のモードにおいて、振幅ＡＹを第１のモードの振幅ＡＸ以上にする。

（変形例２）第２のモードにおいて、交番電力が継続して生成される。この場合も、振幅ＡＹが振幅ＡＸよりも小さくなるよう設定されているときは、第１のモードが選択されているときよりも電力の消費が小さい。

なお、この場合、タイミング検出回路６９を電圧検出回路に変更することもできる。受電制御部６７は、受電コイル６２の電圧が第１のモードが選択されているときの電圧と、第２のモードが選択されているときの電圧との中間値よりも大きいか否かに基づいて、第１のモードが選択されているか否かを判定する。

（変形例３）図１１のステップＳ１３において、第１のモードの継続を、共振電圧Ｖが所定電圧ＶＡ以上か以下かで判定しているが、増幅回路１１７Ｂで検出される電流値により判定が行割れる構成としてもよい。この場合、本体２０が充電スタンド８０の孔８４Ａに挿入されて受電部６１が送電コイル１１１の内部に配置されると、増幅回路１１７Ｂで検出される電流が減る。このため、増幅回路１１７Ｂで検出される電流が所定値以下の場合は、本体２０が充電スタンド８０の孔８４Ａに挿入されていると判定されて、第１のモードが継続される。なお、ステップＳ１３において、共振電圧Ｖが所定電圧ＶＡ以上であるか、および、増幅回路１１７Ｂで検出される電流が所定値以下であるか否かの少なくとも一方が成立したときに、ステップＳ１４に進み、第２のモードが設定される構成とすることもできる。

（変形例４）本実施の形態の非接触給電装置１において、送電装置１１０がフルブリッジ回路により構成されている。

（変形例５）本実施の形態の非接触給電装置１において、集磁装置７０が、充電スタンド８０に備えられている。

（変形例６）集磁装置７０を省略する。この場合、集磁共振コンデンサ７２に代えて、受電コイル６２に受電共振コンデンサが接続され、受電コイル６２と受電共振コンデンサにより共振回路が構成される。

（変形例７）本実施の形態の非接触給電装置１において、送電制御部１１５は、送電装置１１０内ではなく、充電スタンド８０の送電装置１１０以外の部分、電動歯ブラシ１０の受電装置６０の内部、または、受電装置６０外部などに、制御装置１１５として設けられる。また、送電制御部１１５は、非接触給電装置１とは別体の制御装置１１５として、設けられていてもよい。

さらに、本発明は、以下に説明するような実施の形態も含む。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２による非接触給電装置１の制御装置は、交番電力が供給されることにより交番磁束を出力する送電コイル１１１を備える送電装置１１０と、送電コイル１１１に供給される交番電力を制御する送電制御部１１５と、交番磁束により電力が伝送される受電コイル６２を備える受電装置６０と、受電装置６０を制御する受電制御部６７とを備える。非接触給電装置１の制御装置において、送電制御部１１５は、送電コイル１１１に供給する交番電力の所定期間における波形および振幅の少なくとも一方が異なる第１のモードおよび第２のモードを備える。受電制御部６７は、受電コイル６２に伝送された電力の所定期間における波形および振幅の少なくとも一方に基づいて、受電装置６０を制御する。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３による非接触給電装置１の制御装置において、送電制御部１１５は、第１のモードが選択されているとき、受電装置６０の負荷４１に供給する電力を受電コイル６２に伝送するために送電コイル１１１に供給される交番電力を制御し、第２のモードが選択されているとき、第１のモードにより伝送される電力よりも小さい電力が送電コイル１１１に供給される交番電力を制御する。受電制御部６７は、受電コイル６２に伝送された電力の所定期間における波形および振幅の少なくとも一方が第１モードと対応しているとき、受電コイル６２に発生した電力を受電コイル６２と接続される負荷４１に供給する充電モードを選択する。また、受電制御部６７は、受電コイル６２に伝送された電力の所定期間における波形および振幅の少なくとも一方が第２モードと対応しているとき、交番電力を負荷４１に供給しない待機モードを選択する。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４による非接触給電装置１の制御装置において、送電制御部１１５は、第１のモードが選択されているとき、受電装置６０の負荷４１に供給する電力を受電コイル６２に伝送するために送電コイル１１１に供給される交番電力を制御し、第２のモードが選択されているとき、第１のモードにより伝送される電力よりも小さい電力が送電コイル１１１に供給される交番電力を制御する。受電制御部６７は、受電コイル６２に伝送された電力の所定期間における波形および振幅の少なくとも一方が第１モードと対応しているとき、第１の表示信号を出力する充電モードを選択する。また、受電制御部６７は、受電コイル６２に伝送された電力の所定期間における波形および振幅の少なくとも一方が第２モードと対応しているとき、第２の表示信号を出力する待機モードを選択する。

以上説明したように、本発明の実施の形態の一例による非接触給電装置の制御装置は、交番電力が供給されることにより交番磁束を出力する送電コイルを有する送電装置と、交番磁束により電力が伝送される受電コイルを有する受電装置とを備える。制御装置は、送電コイルに供給される交番電力を制御する送電制御部を備える。送電制御部は、受電装置６０の負荷に供給する電力を受電コイル６２に伝送するために送電コイルに供給される交番電力を制御する第１のモード、および、第１のモードにより伝送される電力よりも小さい電力が送電コイルに供給される交番電力を制御する第２のモードを備え、起動後に最初に第１のモードを選択する。

このような構成によれば、送電装置に対する受電装置の位置が送電装置により受電装置が検出可能位置を取る状態において、非接触給電装置の制御装置が起動したとき、最初に第１のモードが選択される。このため、制御装置の起動後に、受電装置の負荷に供給するための電力が送電装置から受電装置に伝送される。したがって、制御装置の起動後に最初に第２モードが選択される場合と異なり、第２のモードから第１のモードへの切り替えにともない発生する受電装置に電力が伝送されない時間が無くなるため、送電装置から受電装置に速やかに電力が供給される。

本発明の実施の形態の一例による非接触給電装置の制御装置において、送電制御部は、起動後に最初に第１のモードを選択してから所定の時間が経過するまでの間に受電装置が検出されない場合、第２のモードに切り替える構成を有していてもよい。

このような構成によれば、送電装置に対する受電装置の位置が電力の伝送に適していない位置に設定された状態において、所定の時間よりも長い時間にわたって第１のモードが継続されることが回避される。このため、電力の消費量が低減される。

本発明の非接触給電装置の制御装置は、送電制御部は、起動後に最初に第１のモードを選択してから所定の時間が経過するまでの間に受電装置が検出された場合、第１のモードを継続する構成を有していてもよい。

このような構成によれば、送電装置に対する受電装置の位置が検出可能位置を取る場合、制御装置の起動後から継続して第１のモードが選択される。これにより、送電装置に対する受電装置の位置が検出可能位置を取る場合に、第１のモードから第２のモードに切り替えられる場合と比較して、送電装置から受電装置に速やかに電力が供給されることができる。

本発明の実施の形態の一例による非接触給電装置の制御装置において、送電制御部は、送電装置の起動後に最初に第１のモードを選択してから、上記とは別の所定の時間が経過するまでの間に受電装置が検出された場合、第１のモードを継続する。

また、本発明の実施の形態の一例による非接触給電装置は、上述した制御装置を備えている。

このような構成によれば、送電装置から受電装置に速やかに電力が供給されることができる。

以上述べたとおり、本発明は、送電装置から受電装置に速やかに電力が供給されることができる非接触給電装置およびその制御装置を提供する。よって、電気かみそり、電動シェーバおよび他の小型電動装置等に好適に利用されることができる。

１ 非接触給電装置
１０ 電動歯ブラシ
１１ ヘッド
２０ 本体
２１，８１ ケース
２２ 把持部
２３ 被支持部
２３Ａ 凸部
２４ 表示部
２５ 電源ボタン
２６ 上キャップ
２７ 下キャップ
２８Ａ〜２８Ｄ 弾性部材
２９ 支持体
３０ 駆動部
３１ 出力軸
４０ 電源部
４１ 充電池（負荷）
５０，１００ 基板
６０ 受電装置
６１ 受電部
６２ 受電コイル
６３ 磁性体コア
６６，１１７ 電流検出回路
６７ 受電制御部
６９ タイミング検出回路
７０ 集磁装置
７１ 集磁コイル
７２ 集磁共振コンデンサ
８０ 充電スタンド
８２ 台座
８３ 柱
８４ 支持部
８４Ａ 孔
８４Ｂ 凹部
８４Ｃ ガイド部
９０ 接続部
１１０ 送電装置
１１１ 送電コイル
１１４Ａ，１１４Ｂ ドライブ回路
１１５ 送電制御部（制御装置）
１１６ 送電共振コンデンサ
１１８ 電圧検出回路
１２０ 電源線
１２１ 電源回路

Claims (5)

1. 交番電力が供給されることにより交番磁束を出力する送電コイルを有する送電装置と、前記交番磁束により電力が伝送される受電コイルを有する受電装置とを備えた非接触給電装置に用いられ、
   前記送電コイルに供給される前記交番電力を制御する送電制御部を備え、
   前記送電制御部は、前記受電装置の負荷に供給する電力を前記受電コイルに伝送するために前記送電コイルに供給される前記交番電力を制御する第１のモード、および、前記第１のモードにより伝送される電力よりも小さい電力が前記送電コイルに供給される前記交番電力を制御する第２のモードを有し、起動後に最初に前記第１のモードを選択するよう構成された制御装置。
2. 前記送電制御部は、起動後に最初に前記第１のモードを選択してから所定の時間が経過するまでの間に前記受電装置が検出されない場合、前記第２のモードに切り替えるよう構成された
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記送電制御部は、起動後に最初に前記第１のモードを選択してから前記所定の時間が経過するまでの間に前記受電装置が検出された場合、前記第１のモードを継続するよう構成された
   請求項２に記載の制御装置。
4. 前記送電制御部は、起動後に最初に前記第１のモードを選択してから所定の時間が経過するまでの間に前記受電装置が検出された場合、前記第１のモードを継続するよう構成された
   請求項１に記載の制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の前記制御装置を備える非接触給電装置。

Images