JP6741985B2 - 異物検出装置、無線送電装置、及び無線電力伝送システム - Google Patents
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Description
本発明者らは、「背景技術」の欄において記載した無線電力伝送システムに関し、異物を高い精度で検出できる範囲が十分に広くないという課題があることを見出した。以下、この課題を詳細に説明する。
第1端子及び第2端子を有する巻回された第1導線である第1コイルと、
前記第1コイルと隣接して配置され、第3端子及び第4端子を有する巻回された第2導線である第2コイルであって、前記第3端子から前記第4端子への巻回方向は、前記第1端子から前記第2端子への巻回方向と同一である第2コイルと、
第1所定波形を有する第1検出信号を前記第1コイルの前記第1端子に出力し、前記第1所定波形と同じ極性の第2所定波形を有する第2検出信号を前記第2コイルの前記第3端子に出力し、前記第1コイルと前記第2コイルの間において、前記第1コイルからの磁界と前記第2コイルからの磁界とを反発させ、
異物の有無によって生じる前記第1コイル又は前記第2コイルのいずれか一方のインピーダンス値の変化量を測定し、
前記インピーダンス値の変化量が所定値を超えたとき、前記第1コイル又は前記第2コイルの上に異物があると判断する1つの異物検出回路と、を備え、
前記第2端子及び前記第4端子の電位は、物検出回路の基準電位と同電位である。
異物検出装置は、第1端子及び第2端子を有する巻回された第1導線である第1コイルと、前記第1コイルと隣接して配置され、第3端子及び第4端子を有する巻回された第2導線である第2コイルであって、前記第3端子から前記第4端子への巻回方向は、前記第1端子から前記第2端子への巻回方向と同一である第2コイルと、異物検出回路とを備えている。
図1は、第1の実施形態に係る異物検出装置100を模式的に示す図である。異物検出装置100は、検出コイル11a及び11bと、異物を検出する異物検出回路10とを備える。以後、検出コイルを単に「コイル」と呼ぶことがある。検出コイル11a及び11bは、同一平面上に一方向に近接して配置されている。図1は、検出コイル11bに対向する位置に異物20が存在する状況を表している。異物検出回路10は、2つの検出コイル11a及び11bに、互いに同じ向きの電流を同時に流すように検出信号Sを出力する。これにより、コイル11aおよび11bの間において、コイル11aからの磁界とコイル11bからの磁界とを反発させる。そして、異物20の有無によって生じるコイル11a又はコイル11bの少なくとも一方のインピーダンス値の変化量に基づいて、異物20を検出する。
図4Bは、第1の比較例における異物検出装置の検出コイル11aを示す上面図である。この異物検出装置は、図4Aに示す2つの検出コイルのうち、検出コイル11aのみを含む。検出コイル11aの中心の位置に、20×20×1[mm]の直方体の鉄からなる異物20を配置した。検出コイル11aの上面と、異物20の下面との距離を変化させながら、Q値の変化率を測定した。検出コイル11aの給電点は、検出信号Sを出力する異物検出回路に接続された。
ΔQ1=(Q1−Q01)/Q01×100 [%] (図4A)
ΔQ2=(Q2−Q02)/Q02×100 [%] (図4B)
ΔQ3=(Q3−Q03)/Q03×100 [%] (図4C)
(a)2つの検出コイルの導線の巻回方向を同じ方向にするか逆方向にするか、
(b)外側端子と内側端子のいずれの端子から検出信号を入力するか、
(c)1つの検出信号を用いる場合、移相器を使用するか否か、
(d)2つの検出信号を用いる場合、それらの信号の位相を約180度ずらすか否か、
図7は、第2の実施形態に係る無線電力伝送システムを示すブロック図である。この無線電力伝送システムは、送電装置30及び受電装置40を含む。送電装置30は、異物検出回路10、検出コイル11a、11b、送電コイル31a、31b、送電回路32a、32b、通信回路33、及び制御回路34を備える。送電回路32a、32bは、それぞれ、送電コイル31a、31bに接続されており、高周波電力を発生して出力する。送電装置30の制御回路34は、異物検出回路10、送電回路32a、32b、通信回路33に接続され、これらを制御する。受電装置40は、受電コイル41、受電回路42、通信回路43、制御回路44、及び負荷45を備える。受電装置40の制御回路44は、受電回路42及び通信回路43を制御する。送電装置30は、図1に示す異物検出装置(異物検出回路10、検出コイル11a、11bを含む)を備える。これにより、送電コイル31a、31bの上側の異物を検出することができる。
図11は、第3の実施形態における無線電力伝送システムを示すブロック図である。この無線電力伝送システムは、送電装置30a及び受電装置40を含む。送電装置30aは、異物検出回路10、送電コイル31a、31b、送電回路32a、32b、通信回路33、制御回路34a、及びスイッチ回路35を備える。制御回路34aは、異物検出回路10、送電回路32a、32b、通信回路33、及びスイッチ回路35を制御する。受電装置40は、図7に示す受電装置40と同様の構成を有する。
添付の図面では、検出コイル及び送電コイルを円形又は四角形のコイルとして示したが、これらに限られるものではない。例えば、正方形、長方形、長円、楕円、その他のコイル形状でも可能である。
本開示の技術は、上述した実施形態に限定されず、多様な変形が可能である。以下、上述した異物検出装置を備えた無線送電装置、及び無線送電装置と無線受電装置とを備えた無線電力伝送システムの他の実施形態の例を説明する。
第1端子及び第2端子を有する巻回された第1導線である第1コイルと、
前記第1コイルと隣接して配置され、第3端子及び第4端子を有する巻回された第2導線である第2コイルであって、前記第3端子から前記第4端子への巻回方向は、前記第1端子から前記第2端子への巻回方向と同一である第2コイルと、
第1所定波形を有する第1検出信号を前記第1コイルの前記第1端子に出力し、前記第1所定波形と同じ極性の第2所定波形を有する第2検出信号を前記第2コイルの前記第3端子に出力し、前記第1コイルと前記第2コイルの間において、前記第1コイルからの磁界と前記第2コイルからの磁界とを反発させ、
異物の有無によって生じる前記第1コイル又は前記第2コイルのいずれか一方のインピーダンス値の変化量を測定し、
前記インピーダンス値の変化量が所定値を超えたとき、前記第1コイル又は前記第2コイルの上に異物があると判断する1つの異物検出回路と、を備え、
前記第2端子及び前記第4端子の電位は、物検出回路の基準電位と同電位である、
異物検出装置。
異物検出装置は、第1端子及び第2端子を有する巻回された第1導線である第1コイルと、前記第1コイルと隣接して配置され、第3端子及び第4端子を有する巻回された第2導線である第2コイルであって、前記第3端子から前記第4端子への巻回方向は、前記第1端子から前記第2端子への巻回方向と同一である第2コイルと、異物検出回路とを備えている。
前記第1端子及び前記第3端子は、それぞれ、前記第1コイル及び前記第2コイルの外側に配置された外側端子、又は前記第1コイル及び前記第2コイルの内側に配置された内側端子のいずれか一方の端子であり、
前記第2端子及び前記第4端子は、それぞれ、前記第1コイル及び前記第2コイルの前記外側端子又は前記内側端子のいずれか他方の端子である、
項目1に記載の異物検出装置。
前記第1コイル及び前記第2コイルの各々は、各コイルの軸に垂直な方向に配列されている、項目1又は2に記載の異物検出装置。
第1コイルおよび第2コイルの各々を、各コイルの軸に垂直な方向に一列に配置することで、第1コイル及び第2コイルから放出される磁界分布が均一となり、異物を高精度で検出できる。
前記第1検出信号及び前記第2検出信号は、交流信号又はパルス信号である、
項目1から3のいずれか1項に記載の異物検出装置。
第1検出信号及び第2検出信号に交流信号を用いる場合は、比較的、異物の侵入が多い場合および/または長時間使用する場合に適している。交流信号は徐々に電力が変動するので、連続して長時間使用する場合、第1コイル及び第2コイルへの負担を少なくできる。また、第1検出信号及び第2検出信号にパルス信号を用いる場合は、比較的、異物の侵入が少ない場合に適している。パルス信号は間欠信号を作り易く、電力消費を削減して異物の検出を行うことができる。
前記異物検出回路は、前記第1検出信号及び前記第2検出信号を同時に前記第1コイル及び前記第2コイルにそれぞれ出力する、
項目1から4のいずれか1項に記載の異物検出装置。
第1検出信号及び第2検出信号の位相のずれがないので、第1コイル及び第2コイルから放出される磁界分布が均一となり、異物を高精度で検出できる。
項目1から5のいずれか1項に記載の異物検出装置と、
送電コイルと、
前記送電コイルに高周波電力を送電する送電回路と、を備える、
無線送電装置。
高精度で異物を検出できる範囲を広げることができる本開示の異物検出装置を備えているので、送電回路が高周波電力を送電する範囲を広げることができる。
前記送電コイルを内部に配置した筐体を備え、
前記第1コイル及び前記第2コイルの各々の外周は、前記送電コイルの外周より小さく、
前記第1コイル及び前記第2コイルは、前記筐体の主面と前記送電コイルの間に配置されている、
項目6に記載の無線送電装置。
第1コイル及び第2コイルの各々の外周は、送電コイルの外周よりも小さいので、送電コイルよりも相対的に小さい異物でも検出することができる。
前記第1コイル及び前記第2コイルのうちの少なくとも一つと前記送電コイルとを兼用した、項目6に記載の無線送電装置。
第1コイル及び第2コイルのうちの少なくとも一つと送電コイルとを兼用するので、コストが削減できる。また、装置の薄型化、軽量化を図ることができる。
前記第1検出信号の電力及び前記第2検出信号の電力は、前記高周波電力より小さい、
項目6から8のいずれか1項に記載の無線送電装置。
前記異物検出回路が前記第1コイル又は前記第2コイルの上に異物がないと判断した後に、前記送電回路に前記高周波電力を送電させる制御回路をさらに備えた、
項目6から9のいずれか1項に記載の無線送電装置。
上記態様によれば、
異物検出回路が第1コイルおよび第2コイルによって形成される磁界内に異物がないと判断した後に、送電回路に高周波電力を送電させるので、安全に送電することができる。
項目6から10のいずれか1項に記載の無線送電装置と、
無線受電装置と、を備える、無線電力伝送システム。
第1端子及び第2端子を有する巻回された導線であるコイルを3つ以上含むコイル群であって、隣接する第1コイル及び第2コイルを含み、前記第1コイル及び前記第2コイルにおける前記第1端子から前記第2端子への巻回方向は同一である、コイル群と、
前記コイル群の中から隣接する前記第1コイルと前記第2コイルとを選択する異物検出回路と、
前記第1コイル及び前記第2コイルと前記異物検出回路とを電気的に接続する少なくとも1つのスイッチと、を備え、
前記異物検出回路は、
第1所定波形を有する第1検出信号を前記第1コイルの前記第1端子に出力し、前記第1所定波形と同じ極性の第2所定波形を有する第2検出信号を前記第2コイルの前記第1端子に出力し、
前記第1コイルと前記第2コイルの間において、前記第1コイルからの磁界と前記第2コイルからの磁界とを反発させ、
異物の有無によって生じる前記第1コイル又は前記第2コイルのいずれか一方のインピーダンス値の変化量を測定し、
前記インピーダンス値の変化量が所定値を超えたとき、前記第1コイル又は前記第2コイルの上に異物があると判断し、
前記第1コイル及び前記第2コイルの各々における前記第2端子の電位は、前記異物検出回路の基準電位と同電位である、
異物検出装置。
3つ以上含むコイル群の中から隣接する第1コイルと第2コイルとを選択する。コイル群の任意の位置で異物の検出を行うことができるので、広範囲で異物の有無を判断することができる。
前記第1コイル及び前記第2コイルにおける前記第1端子は、それぞれ、前記第1コイル及び前記第2コイルの外側に配置された外側端子、又は前記第1コイル及び前記第2コイルの内側に配置された内側端子のいずれか一方の端子であり、
前記第1コイル及び前記第2コイルにおける前記第2端子は、それぞれ、前記第1コイル及び前記第2コイルの前記外側端子又は前記内側端子のいずれか他方の端子である、
項目12に記載の異物検出装置。
前記異物検出回路は、前記第1検出信号及び前記第2検出信号を同時に前記第1コイル及び前記第2コイルにそれぞれ出力する、
項目12に記載の異物検出装置。
第1検出信号及び第2検出信号の位相のずれがないので、第1コイル及び第2コイルから放出される磁界分布が均一となり、異物を高精度で検出できる。
項目12又は13に記載の異物検出装置と、
送電コイルと、
前記送電コイルに高周波電力を送電する送電回路と、を備える、
無線送電装置。
高精度で異物を検出できる範囲を広げることができる本開示の異物検出装置を備えているので、送電回路が高周波電力を送電する範囲を広げることができる。
前記送電コイルを内部に配置した筐体を備え、
前記第1コイル及び前記第2コイルの各々の外周は、前記送電コイルの外周より小さく、
前記第1コイル及び前記第2コイルは、前記筐体の主面と前記送電コイルの間に配置されている、
項目15記載の無線送電装置。
第1コイル及び第2コイルの各々の外周は、送電コイルの外周よりも小さいので、送電コイルよりも相対的に小さい異物でも検出することができる。
前記第1コイル及び前記第2コイルのうちの少なくとも一つと前記送電コイルとを兼用した、
項目15に記載の無線送電装置。
第1コイル及び第2コイルのうちの少なくとも一つと送電コイルとを兼用するので、コストが削減できる。また、装置の薄型化、軽量化を図ることができる。
前記第1検出信号の電力及び前記第2検出信号の電力は、前記高周波電力より小さい、
項目15から17のいずれか1項に記載の無線送電装置。
前記異物検出回路が前記第1コイル又は前記第2コイルの上に異物がないと判断した後に、前記送電回路に前記高周波電力を送電させる制御回路をさらに備えた、
項目15から18のいずれか1項に記載の無線送電装置。
異物検出回路が第1コイルおよび第2コイルによって形成される磁界内に異物がないと判断した後に、送電回路に高周波電力を送電させるので、安全に送電することができる。
項目15から19のいずれか1項に記載の無線送電装置と、
無線受電装置と、を備える、無線電力伝送システム。
導線が巻回された第1コイルと、
前記第1コイルと隣接して配置され、導線が巻回された第2コイルと、
第1所定波形を有する第1検出信号を前記第1コイルに出力し、第2所定波形を有する第2検出信号を前記第2コイルに出力し、前記第1コイルに流れる前記第1検出信号に基づく電流及び前記第2コイルに流れる前記第2検出信号に基づく電流の両方を時計回り、又は、反時計回りに流れさせ、前記第1コイルと前記第2コイルの間において、前記第1コイルからの磁界と前記第2コイルからの磁界とを反発させ、
異物の有無によって生じる前記第1コイル又は前記第2コイルのいずれか一方のインピーダンス値の変化量を測定し、
前記インピーダンス値の変化量が所定値を超えたとき、前記第1コイル上又は前記第2コイル上に異物があると判断する、1つの異物検出回路と、を備えた、
異物検出装置。
単に複数のコイルを配置して異物を検出する範囲を広げるだけではなく、検出コイルの上側の磁界を強めて、第1コイル又は第2コイルの上側に位置する異物を高い精度で検出することができる。
11a〜11i 検出コイル
12 移相器
20 異物
30、30a〜30f 送電装置
31a〜31d 送電コイル
32a〜32d 送電回路
33 通信回路
34、34a 制御回路
35、35a〜35c スイッチ回路
4 筐体
40 受電装置
41 受電コイル
42 受電回路
43 通信回路
44 制御回路
45 負荷
5 磁性体基板
61 送電装置
62 スマートフォン
71 送電装置
71a 送電コイル
72a 受電コイル
80 壁
81 直流電源
82 送電装置
83 制御回路
84 送電回路
85 送電コイル
86 異物検出回路
87 検出コイル
90 ロボット
91 受電装置
92 受電コイル
93 受電回路
94 二次電池
95 駆動用電気モータ
96 車輪
100 異物検出装置
111 検出コイル
120 異物
Claims (21)
- 第1端子及び第2端子を有する巻回された第1導線である第1コイルと、
前記第1コイルと隣接して配置され、第3端子及び第4端子を有する巻回された第2導線である第2コイルであって、前記第3端子から前記第4端子への巻回方向は、前記第1端子から前記第2端子への巻回方向と同一である第2コイルと、
第1所定波形を有する第1検出信号を前記第1コイルの前記第1端子に出力し、前記第1所定波形と同じ極性の第2所定波形を有する第2検出信号を前記第2コイルの前記第3端子に出力し、
異物の有無によって生じる前記第1コイル又は前記第2コイルのいずれか一方のインピーダンス値の変化量を測定し、
前記インピーダンス値の変化量が所定値を超えたとき、前記第1コイル又は前記第2コイルの上に異物があると判断し、
前記インピーダンス値の変化量が前記所定値を超えないとき、前記第1コイル又は前記第2コイルの上に異物がないと判断する、1つの異物検出回路と、を備え、
前記第2端子及び前記第4端子の電位は、前記異物検出回路の基準電位と同電位であり、
前記第1コイル及び前記第2コイルの各々は、各コイルの軸に垂直な方向に配列され、
前記第1検出信号及び前記第2信号が出力されたとき、前記第1コイルと前記第2コイルとの間の領域に、前記第1コイル及び前記第2コイルの軸方向に増強された合成磁界が発生する、
異物検出装置。 - 前記第1端子及び前記第3端子は、それぞれ、前記第1コイル及び前記第2コイルの外側に配置された外側端子、又は前記第1コイル及び前記第2コイルの内側に配置された内側端子のいずれか一方の端子であり、
前記第2端子及び前記第4端子は、それぞれ、前記第1コイル及び前記第2コイルの前記外側端子又は前記内側端子のいずれか他方の端子である、
請求項1に記載の異物検出装置。 - 前記第1コイル及び前記第2コイルの各々は、同一平面上に隣接して配置されている、
請求項1又は2に記載の異物検出装置。 - 前記第1検出信号及び前記第2検出信号は、交流信号又はパルス信号である、
請求項1から3のいずれか1項に記載の異物検出装置。 - 前記異物検出回路は、前記第1検出信号及び前記第2検出信号を同時に前記第1コイル及び前記第2コイルにそれぞれ出力する、
請求項1から4のいずれか1項に記載の異物検出装置。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の異物検出装置と、
送電コイルと、
前記送電コイルに高周波電力を送電する送電回路と、を備える、
無線送電装置。 - 前記送電コイルを内部に配置した筐体を備え、
前記第1コイル及び前記第2コイルの各々の外周は、前記送電コイルの外周より小さく、
前記第1コイル及び前記第2コイルは、前記筐体の主面と前記送電コイルの間に配置されている、
請求項6に記載の無線送電装置。 - 前記第1コイル及び前記第2コイルのうちの少なくとも一つと前記送電コイルとを兼用した、
請求項6に記載の無線送電装置。 - 前記第1検出信号の電力及び前記第2検出信号の電力は、前記高周波電力より小さい、
請求項6から8のいずれか1項に記載の無線送電装置。 - 前記異物検出回路が前記第1コイル又は前記第2コイルの上に異物がないと判断した後に、前記送電回路に前記高周波電力を送電させる制御回路をさらに備えた、
請求項6から9のいずれか1項に記載の無線送電装置。 - 請求項6から10のいずれか1項に記載の無線送電装置と、
無線受電装置と、を備える、無線電力伝送システム。 - 第1端子及び第2端子を有する巻回された導線であるコイルを3つ以上含むコイル群であって、隣接する第1コイル及び第2コイルを含み、前記第1コイル及び前記第2コイルにおける前記第1端子から前記第2端子への巻回方向は同一である、コイル群と、
前記コイル群の中から隣接する前記第1コイルと前記第2コイルとを選択する異物検出回路と、
前記第1コイル及び前記第2コイルと前記異物検出回路とを電気的に接続する少なくとも1つのスイッチと、を備え、
前記異物検出回路は、
第1所定波形を有する第1検出信号を前記第1コイルの前記第1端子に出力し、前記第1所定波形と同じ極性の第2所定波形を有する第2検出信号を前記第2コイルの前記第1端子に出力し、
異物の有無によって生じる前記第1コイル又は前記第2コイルのいずれか一方のインピーダンス値の変化量を測定し、
前記インピーダンス値の変化量が所定値を超えたとき、前記第1コイル又は前記第2コイルの上に異物があると判断し、
前記インピーダンス値の変化量が所定値を超えないとき、前記第1コイル又は前記第2コイルの上に異物がないと判断し、
前記第1コイル及び前記第2コイルの各々における前記第2端子の電位は、前記異物検出回路の基準電位と同電位であり、
前記第1コイル及び前記第2コイルの各々は、各コイルの軸に垂直な方向に配列され、
前記第1検出信号及び前記第2信号が出力されたとき、前記第1コイルと前記第2コイルとの間の領域に、前記第1コイル及び前記第2コイルの軸方向に増強された合成磁界が発生する、
異物検出装置。 - 前記第1コイル及び前記第2コイルにおける前記第1端子は、それぞれ、前記第1コイル及び前記第2コイルの外側に配置された外側端子、又は前記第1コイル及び前記第2コイルの内側に配置された内側端子のいずれか一方の端子であり、
前記第1コイル及び前記第2コイルにおける前記第2端子は、それぞれ、前記第1コイル及び前記第2コイルの前記外側端子又は前記内側端子のいずれか他方の端子である、
請求項12に記載の異物検出装置。 - 前記異物検出回路は、前記第1検出信号及び前記第2検出信号を同時に前記第1コイル及び前記第2コイルにそれぞれ出力する、
請求項12に記載の異物検出装置。 - 請求項12又は13に記載の異物検出装置と、
送電コイルと、
前記送電コイルに高周波電力を送電する送電回路と、を備える、
無線送電装置。 - 前記送電コイルを内部に配置した筐体を備え、
前記第1コイル及び前記第2コイルの各々の外周は、前記送電コイルの外周より小さく、
前記第1コイル及び前記第2コイルは、前記筐体の主面と前記送電コイルの間に配置されている、
請求項15に記載の無線送電装置。 - 前記第1コイル及び前記第2コイルのうちの少なくとも一つと前記送電コイルとを兼用した、
請求項15に記載の無線送電装置。 - 前記第1検出信号の電力及び前記第2検出信号の電力は、前記高周波電力より小さい、
請求項15から17のいずれか1項に記載の無線送電装置。 - 前記異物検出回路が前記第1コイル又は前記第2コイルの上に異物がないと判断した後に、前記送電回路に前記高周波電力を送電させる制御回路をさらに備えた、
請求項15から18のいずれか1項に記載の無線送電装置。 - 請求項15から19のいずれか1項に記載の無線送電装置と、
無線受電装置と、を備える、無線電力伝送システム。 - 前記第1コイル及び前記第2コイルの各々は、同一平面上に隣接して配置されている、
請求項12に記載の異物検出装置。
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