JP6639204B2

JP6639204B2 - 送電装置

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Publication number: JP6639204B2
Application number: JP2015232310A
Authority: JP
Inventors: 吉彦岡本
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Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2020-02-05
Anticipated expiration: 2035-11-27
Also published as: US20170155280A1; US10511190B2; JP2017099239A

Description

本発明は、特に、電力を無線で供給するために用いて好適な送電装置に関する。

近年、コネクタで物理的に接続することなく無線で電力を供給するための１次コイルを備えた送電装置と、送電装置から供給される電力を無線で受け付けるための２次コイルを備えた受電機器とを含む無線送電システムが知られている。無線送電システムにおいて、１次コイルと２次コイルとの間またはこれらのコイルの近辺に、金属物やＩＣカード等の異物が配置された場合、１次コイルから供給された電力が異物に供給されてしまい、異物にダメージを与える可能性があるいう問題がある。

そこで、特許文献１には、１次コイルと２次コイルとの間を循環する磁束が検知コイルを通過する際にそれぞれ逆向きに誘導電流が流れるように構成された八の字型の検知コイルを用いた技術が開示されている。この技術では、検知コイルのインピーダンスの変化から金属物を検出するとしている。

特開２０１４−１２６５１２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、検知コイル内の磁界強度の均一性に関しては言及されていない。１次コイルと２次コイルとの間を循環する磁束が検知コイルを通過する際にそれぞれ逆向きに誘導電流が流れる八の字型のような検知コイルでは、検知コイル内の磁界強度が略均一にならない。このため、筐体構造に金属物を含む受電機器が配置される位置によってインピーダンスが変化してしまい、異物が検出されたのか受電機器の位置がずれただけなのかを判定できないという問題があった。

本発明は前述の問題点に鑑み、電子機器に電力を無線で供給する際に、近辺に配置されている異物を正確に検出できるようにすることを目的としている。

本発明に係る送電装置は、電子機器に無線で電力を送電する送電手段と、前記送電手段による送電に影響を与える異物を検出する異物検出手段と、前記送電手段により前記電子機器に電力を送電するためのアンテナであって、ループ状に構成されている送電アンテナと、前記異物検出手段により前記異物を検出するための異物検出アンテナとを有し、前記異物検出アンテナは、前記送電アンテナのループ方向と垂直方向に所定の距離以上だけ前記送電アンテナから離れて配置され、前記ループ方向の垂直方向から見て前記送電アンテナを囲うように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、電子機器に電力を無線で供給する際に、近辺に配置されている異物を正確に検出することができる。

実施形態１における無線送電システムの構成例を示す図である。実施形態１における送電装置１００の内部構成例を示すブロック図である。実施形態１における送電アンテナ１０４、異物検出アンテナ１０６、及び通信アンテナ１０８の配置の一例を説明するための図である。実施形態１における異物検出アンテナ１０６の磁界分布の一例を示す図である。実施形態１において、送電前に送電装置１００によって実行される異物検出判定処理の一例を示すフローチャートである。実施形態１において、送電中に送電装置１００によって実行される異物検出判定処理の一例を示すフローチャートである。

以下に、本発明の実施形態について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。本発明の実施形態は、以下の実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

［実施形態１］
図１は、実施形態１における無線送電システムの構成例を示す図である。
実施形態１に係る無線送電システムは、図１に示すように、送電装置１００と、送電装置１００と通信を行い、電力の供給を受ける電子機器２００とから構成される。

送電装置１００における所定の範囲３００内に電子機器２００が存在する場合には、送電装置１００は、通信アンテナを介して無線により通信を行い、電子機器２００が受電可能な機器か否かを判定する。電子機器２００が受電可能な機器だと判定した場合は、送電装置１００は、送電アンテナを介して送電用の電力を電子機器２００に供給する。受電アンテナを有する電子機器２００は、受電アンテナを介して送電装置１００から供給される電力を無線により受電する。

一方、送電装置１００における所定の範囲３００内に電子機器２００が存在しない場合は、電子機器２００は送電装置１００から電力を受け取ることはできない。なお、所定の範囲３００とは、電子機器２００が送電装置１００と通信を行うことができる範囲である。

なお、送電装置１００は複数の電子機器に対しても、並行して電力を無線で供給することが可能であってもよいものとする。
電子機器２００は、２次電池から供給される電力によって動作する電子機器であり、例えば、タブレット型ＰＣ、スマートフォン、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、または音声データ及び映像データの再生を行う再生装置である。また、電子機器２００は、２次電池から供給される電力によって駆動する車のような移動装置であってもよい。
また、電子機器２００は、２次電池が装着されていない場合に、送電装置１００から供給される電力によって動作可能な電子機器であってもよい。

（送電装置１００の内部構成）
図２（ａ）は、実施形態１における送電装置１００の内部構成例を示すブロック図である。
送電装置１００は、図２（ａ）に示すように、電力生成部１０１、制御部１０２、送電部１０３、送電アンテナ１０４、異物検出部１０５、異物検出アンテナ１０６、第１の通信部１０７、及び通信アンテナ１０８を有する。さらに送電装置１００は、第１のメモリ１０９ａ、第２のメモリ１０９ｂ、記録部１１０、表示部１１１、操作部１１２、第２の通信部１１３、及びタイマー１１４を有する。また、送電装置１００には、記録媒体１１０ａが装着されている。

また、図１（ｂ）に示すように、送電部１０３は、整合回路１０３ａとＶＳＷＲ（ＶｏｌｔａｇｅＳｔａｎｄｉｎｇＷａｖｅＲａｔｉｏ）検出部１０３ｂとを有する。さらに、図１（ｃ）に示すように、異物検出部１０５は、整合回路１０５ａとＶＳＷＲ検出部１０５ｂとを有する。

電力生成部１０１は、ＡＣ電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を送電装置１００の各構成要素へ供給する。また、電力生成部１０１は、送電アンテナ１０４を介して電子機器２００に供給するための電力を生成する。この際、所定の送電方式に則って電子機器２００に電力を供給する。所定の送電方式とは、例えば、磁界共鳴方式または電磁誘導方式を用いた送電方式である。

電力生成部１０１によって生成される電力には、第１の電力と、第２の電力とがある。第１の電力は、送電装置１００が異物を検出する時に、異物検出部１０５を介して異物検出アンテナ１０６に供給される電力である。第２の電力は、送電装置１００が電子機器２００に対して送電を行う場合に、送電部１０３を介して送電アンテナ１０４に供給される電力である。また、第１の電力は第２の電力よりも小さい電力であるものとする。

制御部１０２は、例えばＣＰＵであり、電力生成部１０１から供給される電力によって、送電装置１００の各構成要素を制御する。また、制御部１０２は、第１のメモリ１０９ａに記録されているコンピュータプログラムを実行することによって、送電装置１００の各構成要素の動作を制御する。

制御部１０２は、送電部１０３から電圧定在波比ＶＳＷＲ（以下、ＶＳＷＲと称す）の情報を入力する。そして、制御部１０２は、入力されたＶＳＷＲを用いて、送電装置１００と電子機器２００のインピーダンスがマッチングしているかどうかを検出する。
また、制御部１０２は、送電部１０３または異物検出部１０５から供給されるＶＳＷＲの情報から異物の存在を検出することができる。異物とは、例えば、ＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）などのＩＣタグを搭載した電子機器やＩＣカード、金属物等の物体であり、磁界に影響を与える物体である。

制御部１０２は、送電部１０３内の整合回路１０３ａ及び異物検出部１０５内の整合回路１０５ａの調整を行う。整合回路１０３ａ、１０５ａは、可変コンデンサ、コンデンサ、可変コイル、コイル、可変抵抗、抵抗等の整合調整素子で構成される。また、整合回路１０３ａ、１０５ａはスイッチを有していてもよい。

また、送電部１０３内の整合回路１０３ａは、送電アンテナ１０４と、制御部１０２により選択された、送電の対象となる電子機器が有する受電アンテナとの間で共振を行うための共振回路である。また、整合回路１０３ａは、電力生成部１０１と送電アンテナ１０４との間のインピーダンスマッチングを行うための回路を含む。

また、異物検出部１０５内の整合回路１０５ａは、共振周波数を調整するための共振回路であり、電力生成部１０１と異物検出アンテナ１０６との間のインピーダンスマッチングを行うための回路を含む。共振周波数は、送電装置１００と、送電装置１００の送電の対象となる電子機器とが共振を行うための周波数であり、以下「共振周波数ｆ」と呼ぶ。下記の式（１）は、共振周波数ｆを示す。ここで、Ｌは送電アンテナ１０４と外部の寄生要因とによるインダクタンス値を表し、Ｃは整合回路１０３ａと寄生要因とによるキャパシタンス値を表す。
ｆ＝１／｛２π（ＬＣ）^1/2｝・・・式（１）

なお、制御部１０２は、送電部１０３内の整合回路１０３ａの可変コンデンサ及び可変コイルの値を制御することによって、送電アンテナ１０４から供給される電力が共振周波数ｆになるように設定する。共振周波数ｆは、例えば、１３．５６ＭＨｚであり、共振周波数ｆは６．７８ＭＨｚであってもよく、第１の通信部１０７の通信規格で規定されている周波数であってもよい。

また、制御部１０２は、異物検出部１０５内の整合回路１０５ａの可変コンデンサ及び可変コイルの値を制御することによって、異物検出アンテナ１０６から供給される電力の共振周波数ｆを設定する。共振周波数ｆは、例えば、１３．５６ＭＨｚであり、共振周波数ｆは６．７８ＭＨｚであってもよく、第１の通信部１０７の通信規格で規定されている周波数であってもよい。

送電部１０３内のＶＳＷＲ検出部１０３ｂは、送電装置１００と電子機器２００とのインピーダンスの整合状態を検出するために、ＶＳＷＲを検出する。そして、ＶＳＷＲ検出部１０３ｂは、検出したＶＳＷＲの情報を制御部１０２に供給する。ＶＳＷＲは、送電アンテナ１０４から供給される電力の進行波と、送電アンテナ１０４から供給される電力の反射波との関係を示す値であり、以下の式（２）によって表される。
ＶＳＷＲ＝（１＋ρ）／（１−ρ）・・・式（２）
但し、ρ＝（Ｚ−Ｚｏ）／（Ｚ＋Ｚｏ）＝Ｖｒ／Ｖｆ

ここで、Ｚは付加インピーダンスを表し、Ｚｏは伝送線路の特性インピーダンスを表す。また、Ｖｆは進行波の振幅電圧を表し、Ｖｒは反射波の振幅電圧を表す。インピーダンスがマッチングした状態においては、反射波の振幅電圧Ｖｒがゼロとなり、Ｚ＝ＺｏでＶＳＷＲは１となる。ＶＳＷＲが１に近いほど、反射電力が少なく、送電装置１００から電子機器２００に対して供給される電力の損失が少なく、効率が良い状態であることを示す。

送電アンテナ１０４は、電力生成部１０１により生成された電力を外部に供給するためのアンテナである。送電装置１００は、送電アンテナ１０４を介して電子機器２００に電力を供給する。なお、送電装置１００内における送電アンテナ１０４の配置に関しては後述する。

異物検出部１０５内の整合回路１０５ａは、送電部１０３内の整合回路１０３ａと同様のものである。また、異物検出部１０５内のＶＳＷＲ検出部１０５ｂも、送電部１０３内のＶＳＷＲ検出部１０３ｂと同様のものである。

異物検出アンテナ１０６は、電力生成部１０１により生成された電力を外部に供給するためのアンテナである。送電装置１００は、異物検出アンテナ１０６を介して異物検出部１０５で検出したＶＳＷＲを用いて、異物の有無を判定する。なお、送電装置１００内における異物検出アンテナ１０６の配置に関しては後述する。

第１の通信部１０７は、例えば、ＮＦＣフォーラムによって規定されているＮＦＣ規格に基づいて無線通信を行う。また、第１の通信部１０７は、ISO/IEC 18092規格、ISO/IEC 14443規格、ISO/IEC 21481規格に基づいて無線通信を行ってもよい。第１の通信部１０７と電子機器２００との間で送受信する情報は、ＮＤＥＦ（ＮＦＣＤａｔａＥｘｃｈａｎｇｅＦｏｒｍａｔ）に対応する情報である。

第１の通信部１０７は、ＮＤＥＦに対応する情報を電子機器２００に送信する場合、電力生成部１０１から供給される電力を、振幅変位を利用したＡＳＫ（ＡｍｐｌｉｔｕｄｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）変調によって、パルス信号に変換する。ここで、ＡＳＫ変調とは、振幅変位を利用した変調であり、ＩＣカードと無線により通信を行うカードリーダとの通信等で用いられる。

第１の通信部１０７は、第１の通信部１０７に含まれるアナログ乗算器及び負荷抵抗をスイッチングさせることにより電力生成部１０１によって生成された電力の振幅を変更し、パルス信号に変更する。第１の通信部１０７によって変更されたパルス信号は、通信アンテナ１０８に供給され、コマンドとして電子機器２００に送信される。さらに、第１の通信部１０７は、所定の符合化方式による符合化回路を有する。

第１の通信部１０７は、電子機器２００からＮＤＥＦに対応する情報を受信する場合、通信アンテナ１０８に流れる電流の変化に応じて、電子機器２００に送信したコマンドに対する電子機器２００からの返答を符号化回路により復調することができる。このことによって、第１の通信部１０７は、負荷変調方式によって電子機器２００に送信したリクエストに対するレスポンス、及び電子機器２００から送信される情報を、電子機器２００から受信することができる。第１の通信部１０７は、制御部１０２からの指示に応じてコマンドを電子機器２００に送信する。さらに、第１の通信部１０７は、電子機器２００からのレスポンスまたは情報を受信した場合、受信した返答を復調して制御部１０２に供給する。

さらに、第１の通信部１０７は、通信設定を変更可能なレジスタを有している。制御部１０２は、このレジスタを変更することにより通信感度の調整を行うことができる。なお、レジスタは通信方式毎に個別に有していてもよい。例えば、ＮＦＣ通信規格のＴｙｐｅＡ、ＴｙｐｅＢ、及びＴｙｐｅＦの各々の通信感度を調整できるレジスタを有する構成であってもよい。

通信アンテナ１０８は、第１の通信部１０７に採用された通信方式に則って電子機器２００と通信を行うためのアンテナである。送電装置１００は、通信アンテナ１０８を介して電子機器２００に情報を送信する。また、送電装置１００は、通信アンテナ１０８を介して、電子機器２００に送信した情報に対応する応答、及び電子機器２００から送信された情報を受信する。例えば、通信アンテナ１０８のループパターンに流れる電流により磁界が生じ、発生した磁界を介して対向の電子機器２００に搭載される通信アンテナに誘導電流が流れる電磁誘導方式に則って通信を行う。なお、送電装置１００内における通信アンテナ１０８の配置に関しては後述する。

第１のメモリ１０９ａは、送電装置１００の各構成要素の動作を制御するコンピュータプログラム及び各構成要素の動作に関するパラメータ等の情報を記録する。また、第１のメモリ１０９ａは、制御部１０２が送電部１０３内の整合回路１０３ａ及び異物検出部１０５内の整合回路１０５ａの調整に必要な情報及びＶＳＷＲの範囲情報も記録している。

ここで、制御部１０２が送電部１０３内の整合回路１０３ａ及び異物検出部１０５内の整合回路１０５ａの調整に必要な情報が第１のメモリ１０９ａに複数記録されていてもよい。調整に必要な情報としては、例えば、送電装置１００の電源起動時に制御部１０２が送電部１０３内の整合回路１０３ａ及び異物検出部１０５内の整合回路１０５ａの調整を行うための情報である。他の情報としては、送電装置１００が電子機器２００へ送電を行う際に制御部１０２が送電部１０３内の整合回路１０３ａの調整を行うための情報、送電装置１００が異物検出時に異物検出部１０５内の整合回路１０５ａの調整を行うための情報等である。また、ユーザーの操作に応じて操作部１１２を介して制御部１０２によって作成された送電部１０３内の整合回路１０３ａ及び異物検出部１０５内の整合回路１０５ａの調整を行うための情報が第１のメモリ１０９ａに記録されていてもよい。さらに、工場出荷時の送電部１０３内の整合回路１０３ａ及び異物検出部１０５内の整合回路１０５ａの調整を行うための情報が第１のメモリ１０９ａに記録されていてもよい。

ＶＳＷＲの範囲情報も同様に第１のメモリ１０９ａに複数記録されていてもよい。ＶＳＷＲの範囲情報とは、送電装置１００における所定の範囲３００内に電子機器２００が存在する場合に、送電装置１００が電子機器２００以外の異物が検出されない条件として例えば「ＶＳＷＲ値：１．５以上２．０未満」といった情報である。また、ＶＳＷＲの範囲情報には、送電装置１００が電子機器２００への送電を行っている間の異物が検出されない条件として、例えば「ＶＳＷＲ値：１．０以上１．５未満」などの情報も含まれる。

また、第１のメモリ１０９ａには、表示部１１１に表示させるための映像情報も記録されている。さらに、第１のメモリ１０９ａには、送電装置１００の識別情報、送電パラメータ、送電を制御するためのフラグ、電子機器２００から第１の通信部１０７または第２の通信部１１３を介して受信した情報などが記録されている。

第２のメモリ１０９ｂは、書き換え可能なメモリである。第２のメモリ１０９ｂは、制御部１０２のワークメモリとして動作することができる。従って、第２のメモリ１０９ｂは、制御部１０２で用いられる様々な情報、データ、値、パラメータ及びプログラムを記憶することができる。

記録部１１０は、第１の通信部１０７または第２の通信部１１３を介して受信した情報を記録媒体１１０ａに記録する。また、記録部１１０は、映像情報や音声情報等の情報を記録媒体１１０ａから読み出すことができる。制御部１０２は、読み出された映像情報を表示部１１１したり、読み出した映像情報や音声情報等の情報を第１の通信部１０７または第２の通信部１１３に供給したりすることもできる。なお、記録媒体１１０ａは、ハードディスクやメモリカード等であってもよく、送電装置１００に内蔵されていてもよく、送電装置１００に着脱可能な外部の記録媒体であってもよい。

表示部１１１は、記録部１１０によって記録媒体１１０ａから読み出される映像情報、第１のメモリ１０９ａから供給される映像情報、または第２の通信部１１３から供給される映像情報を表示する。ここで、映像情報とは、電子機器２００との通信状況等をユーザーに通知するためのメッセージ等である。
また、表示部１１１は、外部機器のモニタと接続するためのＨＤＭＩ（Ｈｉｇｈ−ＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎＭｕｌｔｉｍｅｄｉａＩｎｔｅｒｆａｃｅ）（登録商標）等のコネクタで構成されていてもよい。

操作部１１２は、送電装置１００を操作するためのユーザーインターフェースを提供する。操作部１１２は、送電装置１００を操作するための電源ボタン、送電装置１００の動作モードを切り換えるモード切換ボタン、送電装置１００の設定を変更するための設定変更ボタン等を有し、各ボタンはスイッチ、タッチパネル等により構成される。制御部１０２は、操作部１１２を介して入力されたユーザーの指示に従って送電装置１００を制御する。なお、操作部１１２は、リモートコントローラからリモコン信号を受信する構成を有していてもよく、制御部１０２は受信したリモコン信号に応じて送電装置１００を制御するようにしてもよい。

第２の通信部１１３は、第１の通信部１０７の通信規格と異なる通信規格に基づいて、電子機器２００と無線通信を行う。第２の通信部１１３の通信規格は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格や、無線ＬＡＮ規格（ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ｂ、ｇ、ｎ、ａｃなど）などである。第２の通信部１１３は、第１のメモリ１０９ａ、または記録媒体１１０ａから供給された映像情報や音声情報等の情報を電子機器２００に送信する。また、第２の通信部１１３は、電子機器２００から送電装置１００に送信される映像情報や音声情報等の情報を受信する。

さらに、第２の通信部１１３は、電子機器２００の機器情報も受信することが可能である。電子機器２００の機器情報とは、例えば、電子機器２００が有する２次電池の充電状態、ＡＣアダプタ等を介して商用電源に接続されている状態、他の通信装置と接続されている状態、電子機器２００の有する各機能の動作状態等を示す情報である。制御部１０２は、第２の通信部１１３を介して受信した電子機器２００の機器情報を第１のメモリ１０９ａに記録する。

タイマー１１４は、現在の時刻や各構成要素で行われる動作や処理に関する時間を計測する。また、タイマー１１４によって計測される時間に対する閾値の情報は、第１のメモリ１０９ａに予め記録されている。

また、送電装置１００は、さらにスピーカ部を有していてもよい。スピーカ部は、記録部１１０によって記録媒体１１０ａから読み出される音声情報、第１のメモリ１０９ａから供給される音声情報、または第２の通信部１１３から供給される音声情報を出力する。

次に、送電アンテナ１０４、異物検出アンテナ１０６、及び通信アンテナ１０８の配置について説明する。
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、実施形態１における送電アンテナ１０４、異物検出アンテナ１０６、及び通信アンテナ１０８の配置の一例を説明するための図である。
図３（ａ）は、送電アンテナ１０４、異物検出アンテナ１０６、及び通信アンテナ１０８をループパターン面から垂直方向に見た場合の例を示している。一方、図３（ｂ）は、各アンテナをループパターン面から水平方向に見た場合の例を示している。

図３（ａ）に示す例では、異物検出アンテナ１０６のループパターンが最も外側に配置され、内側に向かって通信アンテナ１０８、送電アンテナ１０４の順に配置されている。なお、異物検出アンテナ１０６のループパターンの内側に送電アンテナ１０４が配置されていればどのような順序でもよく、例えば、外側から通信アンテナ１０８、異物検出アンテナ１０６、送電アンテナ１０４の順に配置されていてもよい。なお、送電可能な範囲が異物を検出できる範囲を超えている場合には、送電可能な位置に異物が存在していることを検出できないという不都合が生じる。これを防ぐために、異物を検出できる範囲が送電可能な範囲を包含するよう、異物検出アンテナ１０６のループパターンを送電アンテナ１０４の外側に配置する。

異物検出アンテナ１０６は、送電アンテナ１０４が配置される範囲の磁界強度が略均一となるように１巻きのループパターンとしている。異物検出アンテナ１０６を複数回巻いたループパターンとすると、あるループと隣接したループとの間で磁界が打ち消し合うように働き、磁界強度の均一性を保つことが難しくなる。このため、図３（ａ）に示す例では、異物検出アンテナ１０６は１巻きのループパターンを採用している。また、異物検出アンテナ１０６のループの巻き数が増えれば増えるほど異物検出アンテナ１０６の面積が大きくなってしまうため、巻き数を１巻きに抑えている。

但し、異物検出アンテナ１０６の最内周のループが送電アンテナ１０４の外側であれば、異物検出アンテナ１０６を複数回巻いたループパターンとしてもよい。異物検出アンテナ１０６の面積が大きくなるほど中央の磁界強度が周りの磁界強度に比べて弱くなる傾向がある。ところが、異物検出アンテナ１０６の外形サイズによっては、異物検出アンテナ１０６を複数回巻いた方が、送電アンテナ１０４が配置されるエリアの磁界強度を略均一にすることが容易となる場合もある。

また、アンテナの高さについては、図３（ｂ）に示すように、送電アンテナ１０４と通信アンテナ１０８とが同一の高さに配置され、異物検出アンテナ１０６が送電アンテナ１０４及び通信アンテナ１０８から所定の距離ｄ離れて下方に配置されている。図３における上側は、送電装置１００の筐体である。送電効率を考慮すると、送電アンテナ１０４は筐体に近い位置に配置するのが好ましい。また、受電させたい電子機器２００が近づけられるのは、異物検出アンテナ１０６とは反対側の送電アンテナ１０４側である。なお、異物検出アンテナ１０６を送電アンテナ１０４より下方に配置する理由に関しては後述する。また、通信アンテナ１０８は送電アンテナ１０４と同一の高さでなくてもよい。

また、図３（ａ）に示す例とは異なり、送電アンテナ１０４及び異物検出アンテナ１０６の外形サイズは同一であってもよい。この場合には、送電アンテナ１０４から所定の距離ｄ下方に離して異物検出アンテナ１０６を配置するものとする。詳細は後述するが、異物検出アンテナ１０６が送電アンテナ１０４に近接していると、異物検出アンテナ１０６のループ内の送電アンテナ１０４が配置される範囲の磁界強度が略均一になりにくい。このため、異物検出アンテナ１０６を送電アンテナから所定の距離以上に離すことによって、送電アンテナ１０４が配置されるエリアの磁界強度を可能な限り均一にするためである。

また、図３（ａ）において、ｓ１は送電アンテナ１０４の巻き始めを表し、ｅ１は送電アンテナ１０４の巻き終わりを示す。同様に、ｓ２は異物検出アンテナ１０６の巻き始めを表し、ｅ２は異物検出アンテナ１０６の巻き終わりを表す。また、ｓ３は通信アンテナ１０８の巻き始めを表し、ｅ３は通信アンテナの巻き終わりを示す。図３（ａ）に示すように、各アンテナのループは巻き始めｓから巻き終わりｅまで分岐のないよう構成されるものとする。

また、送電アンテナ１０４、異物検出アンテナ１０６、及び通信アンテナ１０８の中心部を「Ｏ」とした場合に、各アンテナは「Ｏ」を中心軸としてループ方向に巻かれているものとする。各アンテナが「Ｏ」を中心軸として巻かれる理由は、送電アンテナ１０４が異物検出アンテナ１０６の内側に配置される際に、偏った位置に配置されると、送電アンテナ１０４が配置される領域内の磁界強度を略均一にするのが困難になるためである。また、異物検出アンテナ１０６及び送電アンテナ１０４の中心軸を一致させることにより、異物検出アンテナ１０６の磁界強度が略均一な範囲を効率良く用いることができ、異物検出アンテナ１０６の面積も抑えることができる。なお、ループの形状は矩形、円形、正方形に限られないものであり、正円形等でも構わない。

異物検出アンテナ１０６及び通信アンテナ１０８の各ループの幅は０．５ｍｍから１．５ｍｍ程度で構成されることが好ましい。また、送電アンテナ１０４のループの幅は、送電する電力が大きいことから１．０ｍｍから４．０ｍｍ程度で構成されることが好ましい。送電アンテナ１０４、異物検出アンテナ１０６、及び通信アンテナ１０８の材質は、銅及びメッキで構成されるループ状の薄膜パターンであり、数十μｍ程度の厚みを有するものとすることが好ましい。

また、各アンテナはＦＲ−４基板上に形成されてもよいし、フレキシブル基板上に形成されていても構わない。送電アンテナ１０４及び通信アンテナ１０８は同一基板上に形成されていてもよい。また、異物検出アンテナ１０６は、送電アンテナ１０４及び通信アンテナ１０８が形成された基板より所定の距離ｄの厚みのスペーサー等を介して配置される。

（異物検出アンテナ１０６の磁界分布の説明）
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、実施形態１における異物検出アンテナ１０６の磁界分布の一例を示す図である。図４（ａ）〜図４（ｃ）に示す結果は、それぞれ、図３（ａ）に示した例のように、異物検出アンテナ１０６のループパターン内に、送電アンテナ１０４の配置エリア４００がある状態において電磁界シミュレータを用いて磁界強度の分布を解析した結果である。図４（ａ）〜図４（ｃ）において、送電アンテナ１０４の配置エリア４００は、実際にユーザーが電子機器２００を配置すると想定される範囲を示している。送電装置１００の外装には配置エリア４００を示す枠が印刷されていてもよい。

図４（ａ）〜図４（ｃ）のブロック４０１、４０３、４１１、４１２、４１３、４２１、４２２、４２３は、解析で用いた磁界検出用の正方形のセンスコイルを示している。この解析では、センスコイル、送電アンテナ１０４、異物検出アンテナ１０６の順に上側から配置されている。なお、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示す結果は、送電アンテナ１０４と異物検出アンテナ１０６との垂直方向の距離ｄをそれぞれ変更して解析を行った結果を示している。なお、センスコイルは電子機器２００の受電アンテナが置かれる位置からの距離と同等の距離分だけ送電アンテナ１０４から離れているものとし、図４（ａ）〜図４（ｃ）で共通である。また、解析に用いた異物検出アンテナ１０６のループ数は１巻きとしている。

図４（ａ）は、送電アンテナ１０４と異物検出アンテナ１０６との間の垂直方向の距離ｄ＝６ｍｍとしたときの解析結果を示している。この時、センスコイルで測定される異物検出アンテナ１０６の磁界強度は、ブロック４０１の領域では約５．０Ａ／ｍで、ブロック４０３の領域では約３．０Ａ／ｍであった。

図４（ｂ）は、送電アンテナ１０４と異物検出アンテナ１０６との間の垂直方向の距離ｄ＝４ｍｍとしたときの解析結果を示している。この時、センスコイルで測定される異物検出アンテナ１０６の磁界強度は、ブロック４１１の領域では約７．０Ａ／ｍで、ブロック４１２の領域では約５．５Ａ／ｍで、ブロック４１２の領域では約４．０Ａ／ｍであった。送電アンテナ１０４の配置エリア４００内の平均磁界強度を６．２５Ａ／ｍとすると、平均磁界強度からおよそ±１２％以内に磁界強度の値が収まった。実際には、解析に用いたセンスコイル間の磁界強度も考慮しなくてはならないため、平均磁界強度から約１５％以内に磁界強度の値が収まっていることが好ましい。

図４（ｃ）は、送電アンテナ１０４と異物検出アンテナ１０６との間の垂直方向の距離ｄ＝２ｍｍとしたときの解析結果を示している。この時、センスコイルで測定される異物検出アンテナ１０６の磁界強度は、ブロック４２１の領域では約９．０Ａ／ｍで、ブロック４２２の領域では約６．５Ａ／ｍで、ブロック４２３の領域では約５．０Ａ／ｍであった。

以上の解析結果より、異物検出アンテナ１０６とセンスコイルとの間の垂直方向の距離が小さいほど、送電アンテナ１０４の配置エリア４００内の磁界強度の分布にばらつきがあることが分かった。また、異物検出アンテナ１０６とセンスコイルとの間の垂直方向の距離が小さいと、異物検出アンテナ１０６の内部において、中央部の磁界強度が弱く、異物検出アンテナ１０６付近の磁界強度が強い結果となった。異物検出アンテナ１０６とセンスコイルとの間の距離を大きくすると、異物検出アンテナ１０６の中央部の磁界強度と外側の磁界強度とで値が近づき、磁界強度が略均一となることが分かった。

図４（ｃ）に示す例のように、送電アンテナ１０４の配置エリア４００内において磁界強度がばらつくと、送電装置１００上の電子機器２００が置かれた位置によって、インピーダンスの状態が変化する。これにより、制御部１０２が取得するＶＳＷＲが大きく変化してしまい、取得したＶＳＷＲが第１のメモリ１０９ａに記録されているＶＳＷＲの正常時の範囲を超える可能性がある。この場合、制御部１０２は、実際には送電装置１００上に電子機器２００以外に異物が存在しないのにもかかわらず、異物が存在すると判定してしまう。なお、異物検出の判定処理に関しては後述する。

これに対して、図４（ａ）に示す例のように、送電アンテナ１０４の配置エリア４００内で磁界強度が略均一である場合には、送電装置１００上の電子機器２００の置かれた位置によってインピーダンスの状態は変化しにくくなる。このため、電子機器２００の配置が変化しても、制御部１０２が取得するＶＳＷＲの変化も小さくなり、第１のメモリ１０９ａに記録されている正常時のＶＳＷＲの範囲内に収まる。これにより、電子機器２００が配置される位置の変化によって異物を誤検出してしまうことを抑制することができる。

なお、送電アンテナ１０４及び異物検出アンテナ１０６には電子機器２００が置かれる面とは反対の面に磁性シートが貼られていてもよい。これらのアンテナに磁性シートが貼られた状態で解析を行うと、全体的に磁界強度が強くなる結果が得られている。したがって、送電アンテナ１０４及び異物検出アンテナ１０６に貼る磁性シートの位置または大きさに応じて、送電アンテナ１０４と異物検出アンテナ１０６との間の垂直方向の距離を変更することができる。これにより、送電アンテナ１０４の配置エリア４００内で磁界強度が略均一になるよう調整する。

（異物検出判定処理の説明）
図５は、実施形態１において、送電前に送電装置１００によって実行される異物検出判定処理の一例を示すフローチャートである。図５に示す各処理は、制御部１０２が第１のメモリ１０９ａに記載されているコンピュータプログラムを実行することによって実現される。

まず、Ｓ５０１において、制御部１０２は、第１のメモリ１０９ａに記録されている異物検出部１０５内の整合回路１０５ａの設定情報を用いて、整合回路１０５ａの調整を行う。ここで用いる整合回路の設定情報とは、送電装置１００が異物検出時に異物検出部１０５内の整合回路１０５ａの調整を行うための設定情報である。制御部１０２は、第１のメモリ１０９ａから読み出した設定情報に基づいて、整合回路１０５ａが有するコンデンサ等の整合調整素子の設定を行う。

次に、Ｓ５０２において、制御部１０２は、第１の電力を供給するよう電力生成部１０１を制御し、電力生成部１０１は、異物検出部１０５を介して異物検出アンテナ１０６に第１の電力を供給する。

続いてＳ５０３において、異物検出部１０５内のＶＳＷＲ検出部１０５ｂは、送電装置１００と電子機器２００とのインピーダンスの整合状態を検出するために、ＶＳＷＲを検出する。そして、制御部１０２は、ＶＳＷＲ検出部１０５ｂからＶＳＷＲを取得し、第１のメモリ１０９ａに記録する。

次に、Ｓ５０４において、制御部１０２は、第１のメモリ１０９ａに記録されているＶＳＷＲの範囲情報を参照し、Ｓ５０３で取得したＶＳＷＲが、所定の範囲内であるか否かを判定する。例えば、制御部１０２は、Ｓ５０３で取得したＶＳＷＲが１．５以上２．０未満の範囲であるか否かを判定する。Ｓ５０３で取得したＶＳＷＲが所定の範囲内である場合（Ｓ５０４、Ｙｅｓ）は、本フローチャートはＳ５０５の処理へ進む。一方、Ｓ５０３で取得したＶＳＷＲが所定の範囲外である場合（Ｓ５０４、Ｎｏ）は、本フローチャートはＳ５０６の処理へ進む。

Ｓ５０５において、制御部１０２は、送電装置１００周辺に電子機器２００以外に異物が存在していないことを示すフラグを第１のメモリ１０９ａに設定し、本フローチャートは終了する。
一方、Ｓ５０６においては、制御部１０２は、送電装置１００周辺に電子機器２００以外の異物が存在していることを示すフラグを第１のメモリ１０９ａに設定し、本フローチャートは終了する。この際、制御部１０２は、送電装置１００付近から異物を取り除くようユーザーに促すためのメッセージを表示部１１１に表示させてもよい。

本処理によって、異物検出時に取得したＶＳＷＲを、所定の範囲３００内に電子機器２００のみが存在する時のＶＳＷＲの範囲と比較することにより、送電装置１００の周辺に磁界に影響を与える物体が存在するか否かを判定することができる。

（送電中の異物検出判定処理の説明）
図６は、実施形態１において、送電中に送電装置１００によって実行される異物検出判定処理の一例を示すフローチャートである。図６に示す各処理は、制御部１０２が第１のメモリ１０９ａに記憶されているコンピュータプログラムを実行することによって実現される。図５に示した手順では、異物検出部１０５及び異物検出アンテナ１０６を用いて異物検出の判定処理を行った。一方、送電部１０３及び送電アンテナ１０４を用いて同様に異物検出の判定処理を行うことが可能である。本フローチャートでは、送電中に送電アンテナ１０４を介して取得したＶＳＷＲを用いて異物検出を行う場合の処理について説明する。

まず、Ｓ６０１において、制御部１０２は、第１のメモリ１０９ａに記録されている送電部１０３内の整合回路１０３ａの設定情報を用いて整合回路の調整を行う。ここで用いる整合回路の設定情報とは、送電装置１００が電子機器２００への送電を行う際に制御部１０２が送電部１０３内の整合回路１０３ａの調整を行うための設定情報である。制御部１０２は、第１のメモリ１０９ａから読みだした設定情報に基づいて、整合回路が有するコンデンサ等の整合調整素子の設定を行う。

次に、Ｓ６０２において、制御部１０２は、第２の電力を供給するよう電力生成部１０１を制御し、電力生成部１０１は、送電部１０３を介して送電アンテナ１０４に第２の電力を供給する。

続いてＳ６０３において、送電部１０３内のＶＳＷＲ検出部１０３ｂは、送電装置１００と電子機器２００とのインピーダンスの整合状態を検出するために、ＶＳＷＲを検出する。そして、制御部１０２は、ＶＳＷＲ検出部１０３ｂからＶＳＷＲを取得し、第１のメモリ１０９ａに記録する。

次に、Ｓ６０４において、制御部１０２は、第１のメモリ１０９ａに記録されているＶＳＷＲの範囲情報を参照し、Ｓ６０３で取得したＶＳＷＲが所定の範囲内であるか否かを判定する。例えば、制御部１０２は、Ｓ６０３で取得したＶＳＷＲが１．０以上１．５未満であるか否かを判定する。Ｓ６０３で取得したＶＳＷＲが所定の範囲外である場合（Ｓ６０４、Ｎｏ）は、本フローチャートはＳ６０５の処理へ進む。一方、Ｓ６０３で取得したＶＳＷＲが所定の範囲内である場合（Ｓ６０４、Ｙｅｓ）は、本フローチャートはＳ６０７の処理へ進む。

Ｓ６０５においては、制御部１０２は、送電装置１００周辺に電子機器２００以外の異物が存在していることを示すフラグを第１のメモリ１０９ａに設定する。
そして、Ｓ６０６において、制御部１０２の制御により電力生成部１０１は、電子機器２００への送電を停止し、本フローチャートは終了する。この際、制御部１０２は、送電処理を停止したことをユーザーに通知するためのメッセージを表示部１１１に表示させてもよい。また、制御部１０２は、電子機器２００への送電処理を再開するために、送電装置１００における所定の範囲３００内から異物を取り除くようユーザーに促すためのメッセージを表示部１１１に表示させてもよい。

一方、Ｓ６０７においては、制御部１０２は、送電装置１００周辺に電子機器２００以外に異物が存在していないことを示すフラグを第１のメモリ１０９ａに設定し、Ｓ６０３に戻る。

本処理によって、送電処理中に取得したＶＳＷＲを、電子機器２００へ送電処理を実施する時のＶＳＷＲの範囲と比較することにより、送電装置１００の周辺に磁界に影響を与える物体が存在するか否かを判定することができる。なお、実施形態１では、異物を検出する際にインピーダンスの変化をＶＳＷＲで取得する例について説明したが、インピーダンスの変化を検出できるのであれば、例えば電流値等を用いても構わない。

（第２の実施形態）
実施形態１では、異物検出アンテナ１０６と通信アンテナ１０８とが別々のアンテナで構成される例を説明したが、異物検出アンテナ１０６と通信アンテナ１０８とを１つの共用アンテナで共用してもよい。その場合、異物検出部１０５と第１の通信部１０７とのいずれかを選択して共用アンテナと接続するためのスイッチを設ける。制御部１０２は、第１の通信部１０７を用いて電子機器２００と通信処理を行う場合には、共用アンテナを第１の通信部１０７と接続するようスイッチを制御し、それ以外の場合には共用アンテナを異物検出部１０５に接続するようスイッチを制御する。

また、共用アンテナのループパターンの内側に送電アンテナ１０４が配置されるようにし、図３（ｂ）に示す例と同様に、共用アンテナは送電アンテナ１０４から所定の距離ｄ離れて下方に配置されるものとする。その他は実施形態１と同様であるため、説明は省略する。

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１０３送電部
１０４送電アンテナ
１０５異物検出部
１０６異物検出アンテナ

Claims

電子機器に無線で電力を送電する送電手段と、
前記送電手段による送電に影響を与える異物を検出する異物検出手段と、
前記送電手段により前記電子機器に電力を送電するためのアンテナであって、ループ状に構成されている送電アンテナと、
前記異物検出手段により前記異物を検出するための異物検出アンテナとを有し、
前記異物検出アンテナは、前記送電アンテナのループ方向と垂直方向に所定の距離以上だけ前記送電アンテナから離れて配置され、前記ループ方向の垂直方向から見て前記送電アンテナを囲うように構成されていることを特徴とする送電装置。
前記異物検出アンテナは、前記送電アンテナが配置されている範囲の外側でループが構成されていることを特徴とする請求項１に記載の送電装置。
前記異物検出アンテナの巻き数は１であることを特徴する請求項１に記載の送電装置。
前記異物検出アンテナは、前記送電アンテナを挟んで前記電子機器から反対側に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の送電装置。
前記所定の距離は、前記送電アンテナが配置されている範囲内において磁界強度が当該範囲内の平均磁界強度から１５％以内に収まる距離であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の送電装置。
前記送電アンテナ及び前記異物検出アンテナは、中心軸が一致するように配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の送電装置。
前記異物検出アンテナは、さらに前記電子機器と通信を行うためアンテナであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の送電装置。
前記送電アンテナ及び前記異物検出アンテナに磁性シートが貼られていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の送電装置。
前記異物とは、金属物、ＩＣカード、及びＩＣタグを搭載した電子機器のいずれかであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の送電装置。