KR101376165B1

KR101376165B1 - 비접촉 급전 장치의 제어 방법 및 비접촉 급전 장치

Info

Publication number: KR101376165B1
Application number: KR1020120123530A
Authority: KR
Inventors: 겐이치 이리에; 마사시 가와다
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2011-08-01
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2014-03-19
Also published as: US20140103732A1; DE102012020564B4; TWI488403B; JP5857251B2; DE102012020564A1; US9275789B2; JP2013034291A; TW201417441A

Abstract

1차 코일(L1)을 여자하고, 전기 기기(E)에 설치된 수전 장치(10)의 2차 코일(L2)에 대하여, 전자 유도 현상을 이용하여 급전을 행하는 비접촉 급전 장치(1)의 제어 방법이 제공된다. 탑재면(3) 상에 전기 기기(E)가 있을 때, 풀 브리지 회로(43a)의 풀·브리지 동작에 의해 1차 코일(L1)이 여자된다. 탑재면(3) 상에 전기 기기(E)가 없을 때, 풀 브리지 회로(43a)의 하프·브리지 동작에 의해 1차 코일(L1)이 여자된다.

Description

비접촉 급전 장치의 제어 방법 및 비접촉 급전 장치 {METHOD FOR CONTROLLING CONTACTLESS POWER SUPPLYING DEVICE AND CONTACTLESS POWER SUPPLYING DEVICE}

본 발명은 비접촉 급전 장치의 제어 방법 및 비접촉 급전 장치에 관한 것이다.

전자 유도 방식에 의한 비접촉 급전 시스템에서는, 비접촉 급전 장치의 탑재면에 수전 장치를 구비한 전기 기기가 탑재된다. 이 상태에서, 비접촉 급전 장치는, 그것에 구비된 1차 코일을 여자하여, 전기 기기의 수전 장치에 설치된 2차 코일을 전자 유도에 의해 여자한다. 2차 코일에 발생한 2차 전력은, 수전 장치 내에 서 직류 전원로 변환된다. 그리고, 그 직류 전원은 전기 기기의 부하에 구동 전원으로서 공급된다.

이 비접촉 급전 장치에는, 금속 이물질을 검지하는 금속 검출 장치를 구비하고, 그 금속 검출 장치가 금속 이물질을 검출했을 때는 급전을 정지하도록 한 것이 있다. 이것은, 비접촉 급전 장치와 전기 기기(수전 장치) 사이에 금속 이물질이 개재하면, 급전 중에 금속 이물질이 유도 가열되므로, 이 금속 이물질의 가열을 방지하기 위해서이다.

일본 공개특허공보 제2000-295796호는, 비접촉 급전 장치가 구비한 금속 검출 장치의 일례를 기재하고 있다. 이 공보에 기재된 금속 검출 장치는, 비접촉 급전 장치의 1차 코일을 급전 시의 여자 주파수(180kHz)와는 상위한 소정의 주파수(210kHz)로 여자한다. 그리고, 금속 검출 장치는, 소정의 주파수로 여자되어 있는 1차 코일의 인덕턴스의 변화에 의해 금속 이물질의 유무를 검출하고, 금속 이물질이 있는 경우에는 급전이 정지된다.

그러나, 1차 코일이 복수개 인접하여 배치된 급전 장치에서는, 이웃한 1차 코일끼리 서로 간섭한다. 그러므로, 1차 코일의 인덕턴스의 변화, 즉 1차 코일을 포함하는 발진 회로의 공진 주파수의 변화에 의해 금속 이물질의 유무를 검출하는 상기 금속 검출 장치의 검출 방법에서는, 인접하는 1차 코일의 인덕턴스의 영향이 크다. 그러므로, 정밀도가 높은 금속 이물질 검출은 바랄 수 없었다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 그 목적은, 급전 영역에 설치한 급전 코일의 여자 주파수를 변경하지 않고 양호한 정밀도로 금속 이물질을 검출할 수 있는 비접촉 급전 장치의 제어 방법 및 비접촉 급전 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일 측면은, 1차 코일을 여자하고, 전기 기기에 설치된 수전 장치의 2차 코일에 대하여, 전자 유도 현상을 이용하여 급전을 행하는 비접촉 급전 장치의 제어 방법이다. 상기 방법은, 상기 탑재면 상에 상기 전기 기기가 있을 때, 풀 브리지(full bridge) 회로를 풀·브리지 동작시켜 상기 1차 코일을 여자하는 것, 상기 탑재면 상에 상기 전기 기기가 없을 때, 상기 풀 브리지 회로를 하프·브리지 동작시켜 상기 1차 코일을 여자하는 것을 구비한다.

일례에서는, 상기 탑재면 상에 상기 전기 기기가 있을 때, 상기 풀 브리지 회로의 풀·브리지 동작에 의해 상기 1차 코일이 연속 여자되고, 상기 탑재면 상에 상기 전기 기기가 없을 때, 상기 풀 브리지 회로의 하프·브리지 동작에 의해 상기 1차 코일이 간헐 여자된다.

본 발명의 다른 측면은, 1차 코일을 여자하고, 전기 기기에 설치된 수전 장치의 2차 코일에 대하여, 전자 유도 현상을 이용하여 급전을 행하는 비접촉 급전 장치이다. 상기 장치는, 상기 전기 기기를 탑재하는 탑재면에 구획된 1개 이상의 급전 영역에 대하여 각각 설치되고 상기 1차 코일을 여자 구동하는 풀 브리지 회로와, 상기 탑재면 상의 물체의 유무를 검출하여 검출 신호를 생성하는 검출 회로와, 상기 풀 브리지 회로를 구동 제어하는 시스템 제어부를 구비한다. 시스템 제어부는, 상기 검출 신호가 상기 탑재면 상에 상기 전기 기기가 있다는 것을 나타낼 때, 상기 풀 브리지 회로를 풀·브리지 동작시켜 상기 1차 코일을 여자시키고, 상기 검출 신호가 상기 탑재면 상에 상기 전기 기기가 없다는 것을 나타낼 때, 상기 풀 브리지 회로를 하프·브리지 동작시켜 상기 1차 코일을 여자시킨다.

일례에서는, 상기 시스템 제어부는, 상기 검출 신호가 상기 탑재면 상에 상기 전기 기기가 있다는 것을 나타낼 때, 상기 풀 브리지 회로의 풀·브리지 동작에 의해 상기 1차 코일을 연속 여자시키고, 상기 검출 신호가 상기 탑재면 상에 상기 전기 기기가 없다는 것을 나타낼 때, 상기 풀 브리지 회로의 하프·브리지 동작에 의해 상기 1차 코일을 간헐 여자시킨다.

본 발명에 의하면, 비접촉 급전 장치의 급전 영역에 설치한 급전 코일의 여자 주파수를 변경하지 않고 양호한 정밀도로 금속 이물질의 검출을 할 수 있다.

본 발명의 다른 태양 및 이점은, 이하에 설명되고 그 설명으로부터 분명해지며, 또, 이들은 첨부한 청구항에 기재된 요소 및 조합에 의해 달성된다.

전술한 원리 설명 및 이하의 상세한 설명은 예시로서, 청구항에 기재된 발명에 제한되는 것은 아님을 알 것이다.

본 발명 및 본 발명의 다른 태양 및 이점은, 첨부한 도면와 함께 이하에 기재하는 현시점에서의 바람직한 실시예를 참조함으로써 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 비접촉 급전 시스템에서의 비접촉 급전 장치와 전기 기기를 나타내는 전체 사시도이다.
도 2는 1차 코일의 배열 상태를 나타낸 설명도이다.
도 3은 비접촉 급전 장치와 전기 기기의 전기 블록 회로도이다.
도 4는 전기 기기에 설치한 수전 회로의 전기 블록 회로도이다.
도 5는 전기 기기에 설치한 변조 회로의 전기 블록 회로도이다.
도 6은 전기 기기의 변조 회로에서의 정류 회로부와 변조 회로부의 전기 회로도이다.
도 7은 전기 기기의 변조 회로에서의 변조파 신호 생성부의 전기 회로도이다.
도 8은 비접촉 급전 장치에 설치한 기본 급전 유닛 회로의 전기 블록 회로도이다.
도 9는 풀 브리지 회로의 전기 회로도이다.
도 10의 (a), (b), (c), (d)는, 금속편이 없는 경우의 발진 신호, 온·오프 신호, 피변조파 신호, 및 복조 신호의 파형도이다.
도 10의 (e), (f), (g), (h)는, 금속편이 있는 경우의 발진 신호, 온·오프 신호, 피변조파 신호, 및 복조 신호의 파형도이다.
도 11은 다른 예의 기본 급전 유닛 회로의 전기 블록 회로도이다.
도 12는 다른 예의 수전 회로의 전기 블록 회로도이다.
도 13은 또 다른 예의 기본 급전 유닛 회로의 전기 블록 회로도이다.
도 14는 또 다른 예의 전기 기기의 전기 블록 회로도이다.
도 15는 다른 예의 풀 브리지 회로의 전기 회로도이다.

이하, 본 발명의 비접촉 급전 장치에 구체화한 실시예를 도면에 따라 설명한다.

도 1은, 비접촉 급전 장치(이하, 단지 급전 장치라고 함)(1)와 이 급전 장치(1)로부터 비접촉 급전되는 전기 기기(이하, 단지 기기라고 함)(E)의 전체 사시도를 나타낸다.

급전 장치(1)는, 사각형 판형의 하우징(2)를 가지고, 그 상면이 평면으로서 기기(E)를 탑재하는 탑재면(3)을 형성하고 있다. 탑재면(3)에는, 복수의 사각 형상의 급전 영역(AR)이 구획되어 있다. 본 실시예에서는, 좌우방향으로 4개, 전후방향으로 6개 정렬되도록 24개의 급전 영역(AR)이 구획되어 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 하우징(2) 내에는, 각 급전 영역(AR)에 대응하는 위치에, 급전 영역(AR)의 외형에 맞추어 사각 형상으로 권취된 1차 코일(L1)이 배치되어 있다. 또, 하우징(2) 내에는, 급전 영역(AR)마다, 원형상(1차 코일(L1)과 마찬가지로 사각 형상이라도 된다)으로 권취된 1차측 금속 검지 코일(La)이 배치되어 있다. 1차측 금속 검지 코일(La)은 1차 검지 코일의 일례이다. 본 실시예에서는, 1차측 금속 검지 코일(La)은 1차 코일(L1)의 위쪽 위치에 배치되어 있는 동시에, 1차 코일(L1)보다 직경이 작다. 또, 1차측 금속 검지 코일(La)은, 그 중심 위치가 급전 영역(AR)의 중심 위치와 일치하도록 배치되어 있다. 또한, 급전 영역(AR)마다 설치된 각 1차측 금속 검지 코일(La)의 내측에는, 신호 수신 안테나 코일(A1)이 배치되어 있다.

각 급전 영역(AR)에서, 1차 코일(L1), 1차측 금속 검지 코일(La), 및 신호 수신 안테나 코일(A1)은 급전 영역(AR)마다 하우징(2) 내에 설치된 각각의 기본 급전 유닛 회로(4)(도 3 참조)와 접속되어 있다.

각 1차 코일(L1)은 대응하는 기본 급전 유닛 회로(4)에 의해 여자 구동된다. 그리고, 각 1차 코일(L1)은 단독으로 또는 다른 1차 코일(L1)과 협동하여 여자 구동되어, 급전 영역(AR)에 탑재된 기기(E) 내의 2차 코일(L2)에 대하여 비접촉으로 급전을 하도록 되어 있다.

각 1차측 금속 검지 코일(La)은 대응하는 기본 급전 유닛 회로(4)에 의해 여자 구동됨으로써, 금속 검지를 위한 발진 신호(Φt)를 생성한다. 기본 급전 유닛 회로(4)는 1차측 금속 검지 코일(La)을 를 통하여 그 대응하는 급전 영역(AR) 상에 금속 이물질이 있는지 여부를 검출한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 급전 장치(1)로부터 전자 유도로 급전을 받는 기기(E)는, 그 기기(E) 내에 설치된 2차측 금속 검지 코일(Lb)을 포함한다. 2차측 금속 검지 코일(Lb)은 2차 검지 코일의 일례이다. 본 실시예에서는, 2차측 금속 검지 코일(Lb)은 2차 코일(L2)의 아래쪽에 배치되어 있다. 그리고, 기기(E)는 급전 장치(1)의 탑재면(3)에 탑재되었을 때, 그 바로 아래에 위치하는 급전 영역(AR)의 1차측 금속 검지 코일(La)과 기기(E)의 2차측 금속 검지 코일(Lb) 사이에서, 금속 검지를 위한 신호의 송수신을 행한다.

또, 기기(E)는 2차측 금속 검지 코일(Lb)의 내측에 설치된 신호 송신 안테나 코일(A2)을 포함한다. 기기(E)는 급전 장치(1)의 탑재면(3)에 탑재되었을 때, 그 바로 아래에 위치하는 급전 영역(AR)의 신호 수신 안테나 코일(A1)과 기기(E)의 신호 송신 안테나 코일(A2) 사이에서, 무선 통신에 의해 데이터 및 정보의 송수신을 행한다.

다음에, 급전 장치(1)와 기기(E)의 전기적 구성을 도 3에 따라 설명한다.

기기(E)

도 3에 나타낸 바와 같이, 기기(E)는, 급전 장치(1)에서 2차 전력을 무선으로 수전하는 수전 장치로서의 수전 회로(10)와 2차측 금속 검지 코일(Lb)에 의해 수신한 급전 장치(1)로부터의 발진 신호(Φt)를 변조하는 변조 회로(20)를 포함한다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 수전 회로(10)는 정류 평활 회로부(11), DC/DC 변환기 회로(12), 데이터 생성 회로부(13), 및 송신 회로부(14)를 포함한다.

정류 평활 회로부(11)는 2차 코일(L2)과 접속되어 있다. 정류 평활 회로부(11)는 급전 장치(1)의 1차 코일(L1)의 여자에 의한 전자 유도에 의해 2차 코일(L2)에 여자 급전된 2차 전력을 리플이 없는 직류 전압으로 변환한다. DC/DC 변환기 회로(12)는 정류 평활 회로부(11)에 의해 생성된 직류 전압을, 원하는 전압으로 DC/DC 변환한다. 그 DC/DC 변환된 직류 전압이 기기(E)의 부하(Z)에 공급된다.

여기서, 부하(Z)는 2차 코일(L2)에 의해 발생하는 2차 전력으로 구동하는 기기이면 된다. 예를 들면, 부하(Z)는 DC/DC 변환된 직류 전압을 구동 전원으로서 사용하여 탑재면(3) 상에서 구동하는 기기라도 된다. 또는, 부하(Z)는 2차 전력을 그대로 교류 전원으로서 사용하여 탑재면(3) 상에서 구동하는 기기라도 된다. 또는, 부하(Z)는 DC/DC 변환된 직류 전원을 사용하여 내장 충전지(2차 전지)를 충전하는 기기라도 된다.

또, DC/DC 변환된 직류 전압은 데이터 생성 회로부(13) 및 송신 회로부(14)의 구동원으로서도 이용되고 있다.

데이터 생성 회로부(13)는 기기 인증 신호(ID) 및 여자 요구 신호(RQ)를 생성하고, 이들을 송신 회로부(14)에 공급한다. 기기 인증 신호(ID)는, 기기(E)가 급전 장치(1)에 의해 급전을 받게 되는 정당한 기기임을 나타낸다. 여자 요구 신호(RQ)는 급전 장치(1)에 대하여 급전을 요구하기 위한 것이다.

데이터 생성 회로부(13)는, 예를 들면, 정류 평활 회로부(11)에서 생성된 직류 전원이나, 기기(E)에 내장된 2차 전지 등으로 구동 가능한 상태일 때, 기기 인증 신호(ID) 및 여자 요구 신호(RQ)를 생성한다. 데이터 생성 회로부(13)는, 예를 들면, 기기(E)에 설치된 부하(Z)를 구동시키기 위한 전원 스위치가 오프일 때는, 기기 인증 신호(ID) 및 여자 요구 신호(RQ)를 생성하지 않는다.

또, 기기(E)에 마이크로컴퓨터가 설치되어 있는 경우에, 마이크로컴퓨터가 급전을 휴지한다고 판단했을 때도, 데이터 생성 회로부(13)는 기기 인증 신호(ID) 및 여자 요구 신호(RQ)를 생성하지 않는다.

송신 회로부(14)는 신호 송신 안테나 코일(A2)과 접속되어 있다. 송신 회로부(14)는 데이터 생성 회로부(13)로부터의 기기 인증 신호(ID) 및 여자 요구 신호(RQ)를, 신호 송신 안테나 코일(A2)을 통하여 급전 장치(1)에 송신한다.

변조 회로(20)는 2차측 금속 검지 코일(Lb)에 의해 수신된 급전 장치(1)로부터의 발진 신호(Φt)를 변조한다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 변조 회로(20)는 정합 회로(MC), 정류 회로(21), 변조파 신호 생성 회로부(22), 및 변조 회로부(23)를 포함한다.

정합 회로(MC)는, 1차측 금속 검지 코일(La)로부터 송신되는 발진 신호(Φt)의 주파수 근방에서 2차측 금속 검지 코일(Lb)이 공진점을 가지도록 임피던스 정합한다. 본 실시예에서는, 정합 회로(MC)는 예를 들면 공진 커패시터(Cx)(도 6 참조)로 구성되어 있다.

정류 회로(21)는 반파 정류 회로이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 정류 회로(21)는 정류용 다이오드(D0), 충방전 커패시터(C0), 및 저항(R0)을 포함한다. 정류용 다이오드(D0)의 애노드 단자는 정합 회로(MC)의 공진 커패시터(Cx)를 통하여 2차측 금속 검지 코일(Lb)의 양극 단자(PT)에 접속되어 있다. 정류용 다이오드(D0)의 캐소드 단자는 충방전 커패시터(C0)의 양(plus)단자에 접속되어 있다. 충방전 커패시터(C0)의 음(minus)단자는, 2차측 금속 검지 코일(Lb)의 음극 단자( NT)에 접속되어 있다. 저항(R0)는 충방전 커패시터(C0)와 병렬로 접속되어 있다. 정류 회로(21)는 급전 장치(1)의 1차측 금속 검지 코일(La)로부터 송신되는 발진 신호(Φt)를, 2차측 금속 검지 코일(Lb)을 통하여 수신한다. 정류 회로(21)는, 그 발진 신호(Φt)를 반파 정류한다.

도 10에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서는, 발진 신호(Φt)는 진폭값 및 주파수가 일정한 정현파이다. 따라서, 2차측 금속 검지 코일(Lb)에 의해 수신된 발진 신호(Φt)가 정류용 다이오드(D0)에 의해 반파 정류되면, 충방전 커패시터(C0)는 충방전을 반복한다. 즉, 발진 신호(Φt)가 양전위일 때, 충방전 커패시터(C0)는 정류용 다이오드(D0)로부터의 전류로 충전된다. 발진 신호(Φt)가 음전위일 때, 충방전 커패시터(C0)에서 충전된 전하는 저항(R0)을 통하여 방전된다.

여기서, 1차측 금속 검지 코일(La)과 2차측 금속 검지 코일(Lb) 사이에 물체(부하)가 존재하면, 공간적으로 결합되는 그 물체(부하)에 의해, 2차측 금속 검지 코일(Lb)에 흐르는 전류의 값이 변화한다.

예를 들면, 탑재면(3)에 아무것도 탑재되어 있지 않은 때, 즉 부하가 없는 개방 상태일 때, 도 10의 (a)에 나타낸 바와 같이, 발진 신호(Φt)의 진폭이 최대가 된다. 그러므로, 2차측 금속 검지 코일(Lb)에 흐르는 전류의 값은 최대가 된다.

한편, 탑재면(3)에 금속편(M)이 탑재된 때, 도 10의 (e)에 나타낸 바와 같이, 발진 신호(Φt)의 주파수가 변화하고, 발진 신호(Φt)의 진폭이 예를 들면 최소가 된다. 그러므로, 2차측 금속 검지 코일(Lb)에 흐르는 전류의 값이 감소한다.

즉, 탑재면(3)에 아무것도 탑재되어 있지 않은 때에는, 충방전 커패시터(C0)의 충전 전압(Vt)은 최대값이 된다. 이에 대하여, 탑재면(3)에 금속편(M)이 탑재된 때에는, 충방전 커패시터(C0)의 충전 전압(Vt)은 최소값이 된다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 충방전 커패시터(C0)의 충전 전압(Vt)은 변조파 신호 생성 회로부(22)에 전원 전압(VG)으로서 인가된다. 이때, 1차측 금속 검지 코일(La)과 2차측 금속 검지 코일(Lb)의 상대적인 위치 관계가 변화하면, 1차측 금속 검지 코일(La)과 2차측 금속 검지 코일(Lb)의 인덕턴스가 변화하고, 그에 따라 발진 신호(Φt)의 진폭값 및 주파수가 변화한다. 이 경우, 1차측 금속 검지 코일(La)과 2차측 금속 검지 코일(Lb) 사이의 위치 어긋남에 의한 진폭값 및 주파수의 변화와 비교하여, 이들 사이에 금속편(M)이 사이에 끼어 있을 때의 진폭값 및 주파수의 변화량이 크다. 그러므로, 코일(La, Lb)의 위치 어긋남이 발생하였는지 그렇지 않으면 금속편(M)이 코일(La, Lb) 사이에 존재하는지를 발진 신호(Φt)의 변화에 의해 구별할 수 있게 된다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 변조파 신호 생성 회로부(22)는, 예를 들면, 무안정 멀티바이브레이터(이하, 단지 멀티바이브레이터라고 함)(22a)에 의해 구성되어 있다. 멀티바이브레이터(22a)는, 2개의 트랜지스터(Q1, Q2)와 2개의 커패시터(C1, C2)와 4개의 저항(R1a, R1b, R2a, R2b)로 구성되는 일반적인 멀티바이브레이터이다.

멀티바이브레이터(22a)는, 전원선(25)에 접속되어 있다. 전원선(25)에는 정류 회로(21)의 충방전 커패시터(C0)로부터 충전 전압(Vt)이 전원 전압(VG)으로서 인가되어 있다. 그리고, 본 실시예의 멀티바이브레이터(22a)는, 트랜지스터(Q1)의 콜렉터 단자로부터 온/오프 신호(MP)(변조파)를 출력한다. 이 온/오프 신호(MP)는 변조 회로부(23)에 공급된다.

멀티바이브레이터(22a)는, 그때 그때의 전원 전압(VG)의 값에 의해 온·오프 신호(MP)의 듀티(DU, DU=t1/Tn)를 제어한다. 이것은, 전원 전압(VG)이 변화함으로써, 트랜지스터(Q1)가 온에서 오프로 바뀔 때의 베이스·이미터 사이의 전위의 초기값이 변화하는 동시에, 트랜지스터(Q2)가 오프할 때의 베이스·이미터 사이의 충전 속도가 변화하는 것에 기인한다.

도 10의 (b)에 나타낸 바와 같이, 멀티바이브레이터(22a)는, 전원 전압(VG)의 값이 클수록, 듀티(DU, DU=t1/Tn)가 작아지도록, 즉 온 시간(t1)이 주기(Tn)에 대하여 짧아지도록, 온·오프 신호(MP)를 생성한다.

반대로, 도 10의 (f)에 나타낸 바와 같이, 멀티바이브레이터(22a)는, 탑재면(3)에 금속편(M)이 탑재되어 있어 전원 전압(VG)의 값이 작을수록, 듀티(DU, DU=t1/Tn)가 커지도록, 즉 온 시간(t1)이 주기(Tn)에 대하여 길어지도록, 온·오프 신호(MP)를 생성한다.

다시 말해, 금속편(M)이 개재되어 있지 않은 때와 비교하여, 금속편(M)이 개재되어 있을 때는, 멀티바이브레이터(22a)는 큰 듀티(DU)를 가지는 온·오프 신호(MP)를 트랜지스터(Q1)의 콜렉터 단자로부터 출력한다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 멀티바이브레이터(22a)의 트랜지스터(Q1)의 콜렉터 단자로부터 출력되는 온·오프 신호(MP)는 변조 회로부(23)에 공급된다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 변조 회로부(23)는 트랜지스터(Q3)와 다이오드(D1)를 포함한다. 다이오드(D1)는, 정류 회로(21)의 정류용 다이오드(D0)의 애노드 단자에 접속되는 동시에 공진 커패시터(Cx)에 접속되는 애노드 단자와, 트랜지스터(Q3)의 콜렉터 단자에 접속되는 캐소드 단자를 가진다. 트랜지스터(Q3)의 베이스 단자는 멀티바이브레이터(22a)의 트랜지스터(Q1)의 콜렉터 단자에 접속되어 있다. 트랜지스터(Q3)의 이미터 단자는 접지되어 있다.

트랜지스터(Q3)는 베이스 단자에 공급되는 멀티바이브레이터(22a)로부터의 온·오프 신호(MP)에 의해 온·오프된다.

따라서, 트랜지스터(Q3)가 온될 때, 정류용 다이오드(D0)를 통하여 충방전 커패시터(C0)에 충전되는 충전 전류의 일부가, 변조 회로부(23)에, 즉 다이오드(D1)를 통하여 트랜지스터(Q3)에 흐른다. 반대로, 트랜지스터(Q3)가 오프될 때, 정류용 다이오드(D0)를 통하여 충방전 커패시터(C0)에 충전되는 충전 전류가, 트랜지스터(Q3)(변조 회로부(23))에 흐르지 않고, 정류용 다이오드(D0)를 통하여 충방전 커패시터(C0)에 흐른다.

그 결과, 발진 신호(Φt)에 따라 2차측 금속 검지 코일(Lb)의 단자 PT, NT 사이를 흐르는 2차 전류의 값이 트랜지스터(Q3)의 온·오프에 의해 변화한다. 이 2차 전류의 변화에 의해, 2차측 금속 검지 코일(Lb)로부터 방사되는 자속이 변화한다. 그리고, 그 변화된 자속은 1차측 금속 검지 코일(La)에 전자 유도로서 전파하여, 1차측 금속 검지 코일(La)에 흐르는 1차 전류의 값을 변화시킨다.

따라서, 트랜지스터(Q3)의 온·오프에 의해(온·오프 신호(MP)의 듀티(DU)에 의해), 2차측 금속 검지 코일(Lb)의 단자 PT, NT 사이를 흐르는 전류(발진 신호(Φt)의 진폭이 변조되어 피변조파 신호(Φm)가 생성된다. 그리고, 그 피변조파 신호(Φm)는 2차측 금속 검지 코일(Lb)로부터 1차측 금속 검지 코일(La)에 송신된다.

다시 말해, 2차측 금속 검지 코일(Lb)에 의해 수신되는 발진 신호(Φt)는 캐리어 신호로서 기능한다. 한편, 기기(E) 내에서, 그 캐리어 신호의 진폭값에 따른 충전 전압(Vt), 즉 전원 전압(VG)이 생성되고, 그 전원 전압(VG)의 값에 따른 듀티(DU)의 온·오프 신호(MP)가 변조파 신호로서 생성된다. 그리고, 그 캐리어 신호(발진 신호(Φt))의 진폭이 그 변조파 신호(듀티 제어된 온·오프 신호(MP))에 의해 변조됨으로써, 도 10의 (c) 또는 (g)에 나타낸 피변조파 신호(Φm)가 생성된다.

예를 들면, 급전 영역(AR)에 금속편(M)이 없는 경우, 도 10의 (b)에 나타낸 온·오프 신호(MP)에 의해 발신 신호(Φt)가 변조됨으로써, 도 10의 (c)에 나타낸 피변조파 신호(Φm)가 생성된다.

한편, 급전 영역(AR)에 금속편(M)이 있는 경우, 도 10의 (f)에 나타낸 온·오프 신호(MP)에 의해 발신 신호(Φt)가 변조됨으로써, 도 10의 (g)에 나타낸 피변조파 신호(Φm)가 생성된다.

따라서, 피변조파 신호(Φm)의 포락선 파형은 온·오프 신호(MP)(변조파)의 듀티(DU)에 상대적인 파형으로 표현된다.

급전 장치(1)

도 3에 나타낸 바와 같이, 급전 장치(1)는 공통 유닛부(30)와 기본 유닛부(40)를 포함한다.

공통 유닛부(30)는 기본 유닛부(40)에 전원을 공급하는 전원 회로(31), 기본 유닛부(40)를 통괄 제어하는 시스템 제어부(32), 및 각종 데이터를 기억하는 불휘발성 메모리(33)를 포함한다.

전원 회로(31)는 정류 회로 및 DC/DC 변환기(모두 도시 생략)를 포함하고, 외부로부터 공급되는 상용 전원을 정류 회로에 의해 직류 전압에 정류한다. 전원 회로(31), 직류 전압을 DC/DC 변환기에 의해 원하는 직류 전압(Vdd)으로 변환한다. 그 직류 전압(Vdd)은 구동 전원으로서 시스템 제어부(32), 불휘발성 메모리(33) 및 기본 유닛부(40)에 공급된다.

시스템 제어부(32)는 마이크로컴퓨터로 이루어지고, 기본 유닛부(40)를 제어한다. 불휘발성 메모리(33)는, 시스템 제어부(32)가 각종 판정 처리를 행할 때 사용하는 각종 데이터를 기억하고 있다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 기본 유닛부(40)는 급전 영역(AR)(1차 코일(L1))에 대하여 설치된 복수의 기본 급전 유닛 회로(4)를 포함한다. 그리고, 기본 급전 유닛 회로(4)는, 시스템 제어부(32)의 제어 하에, 시스템 제어부(32)와의 사이에서 데이터의 교환을 행한다.

기본 급전 유닛 회로(4)의 구성은 동일하다. 그러므로, 설명의 편의상, 1개의 기본 급전 유닛 회로(4)에 대하여, 도 8에 따라 설명한다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 기본 급전 유닛 회로(4)는 수신 회로부(41), 신호 추출 회로부(42), 급전 코일 여자 구동 회로부(43), 및 금속 검지 회로부(44)를 포함한다.

수신 회로부(41)는 신호 수신 안테나 코일(A1)과 접속되어 있다. 수신 회로부(41)는 탑재면(3)에 탑재된 기기(E)의 신호 송신 안테나 코일(A2)로부터 송신된 송신 신호를 신호 수신 안테나 코일(A1)을 통하여 수신한다. 수신 회로부(41)는 그 수신한 송신 신호를 신호 추출 회로부(42)에 공급한다.

신호 추출 회로부(42)는 수신 회로부(41)에 의해 수신한 송신 신호에서 기기 인증 신호(ID) 및 여자 요구 신호(RQ)를 추출한다. 신호 추출 회로부(42)는 기기 인증 신호(ID) 및 여자 요구 신호(RQ) 둘 다를 추출하면, 시스템 제어부(32)에 허가 신호(EN)를 송신한다. 또한, 신호 추출 회로부(42)는 기기 인증 신호(ID) 및 여자 요구 신호(RQ) 중 어느 하나 밖에 추출하지 않았을 때, 또는 두 신호 모두 추출하지 않았을 때에는, 시스템 제어부(32)에 허가 신호(EN)를 송신하지 않는다.

급전 코일 여자 구동 회로부(43)는 1차 코일(L1)과 접속되어 있다. 본 실시예에서는, 1차 코일(L1)을 여자하는 풀 브리지 회로(43a), 그 풀 브리지 회로(43a)를 구동하는 드라이브 회로(43b), 및 존재 검지 회로(43c)를 포함한다. 존재 검지 회로(43c)는 검출 회로의 일례이다.

풀 브리지 회로(43a)는 일반적인 풀 브리지 회로이다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 풀 브리지 회로(43a)는 4개의 MOS 트랜지스터(Qa, Qb, Qc, Qd)를 포함한다. MOS 트랜지스터(Qa, Qd)의 세트와 MOS 트랜지스터(Qb, Qc)의 세트가, 1차 코일(L1)과 공진 커패시터(C)의 직렬 회로를 통하여, 교차곱(cross multiply)으로 접속되어 있다. 그리고, 2개의 세트가 교대로 온·오프됨으로써, 1차 코일(L1)이 여자된다.

드라이브 회로(43b)는, 공통 유닛부(30)의 시스템 제어부(32)로부터 여자 제어 신호(CT)를 수취하고, 구동 신호(PSa, PSb, PSc, PSd)를 생성한다. 구동 신호(PSa, PSb, PSc, PSd)는 MOS 트랜지스터(Qa, Qb, Qc, Qd)의 게이트 단자에 공급된다.

기기(E)에의 급전시, 시스템 제어부(32)로부터의 여자 제어 신호(CT)에 따라, 드라이브 회로(43b)는 풀 브리지 회로(43a)의 2개의 세트를 교대로 온 오프하도록 구동 신호(PSa, PSb, PSc, PSd)를 생성한다. 이와 같이, 드라이브 회로(43b)는 회로(43a)를 풀·브리지 동작시킴으로써 1차 코일(L1)을 여자한다.

드라이브 회로(43b)는 MOS 트랜지스터(Qa, Qd)의 게이트 단자에 동일 펄스 파형의 구동 신호(PSa, PSd)를 공급한다. 또, 드라이브 회로(43b)는 MOS 트랜지스터(Qb, Qc)의 게이트 단자에 동일 펄스 파형의 구동 신호(PSb, PSc)를 공급한다. 구동 신호(PSa, PSd)의 펄스와 구동 신호(PSb, PSc)의 펄스는 서로 상보인 신호이다.

따라서, 기기(E)에의 급전 시에는, MOS 트랜지스터(Qa, Qd)의 세트와 MOS 트랜지스터(Qb, Qc)의 세트가 교대로 온·오프(풀·브리지 동작)하여 1차 코일(L1)이 여자된다.

또, 대기 시에는, 드라이브 회로(43b)는 시스템 제어부(32)로부터의 여자 제어 신호(CT)에 따라, 1차 코일(L1)을 여자하는 풀 브리지 회로(43a)의 동작을 풀·브리지 동작에서 하프·브리지 동작으로 변경하도록 구동 신호(PSa, PSb, PSc, PSd)를 생성한다.

하프·브리지 동작에서는, 예를 들면, MOS 트랜지스터(Qd)가 온되고, 또한 MOS 트랜지스터(Qc)가 오프된 상태에서, MOS 트랜지스터(Qa)와 MOS 트랜지스터(Qb)가 교대로 온·오프된다.

예를 들면, MOS 트랜지스터(Qa, Qb, Qc, Qd)가 N채널형인 경우, 드라이브 회로(43b)는 MOS 트랜지스터(Qd)에 하이 레벨의 구동 신호(PSd)를 공급하는 동시에, MOS 트랜지스터(Qc)에 로우 레벨의 구동 신호(PSc)를 생성하여 공급한다. 그리고, 드라이브 회로(43b)는, MOS 트랜지스터(Qa)와 MOS 트랜지스터(Qb)가 교대로 온·오프 되도록, 서로 상보인 구동 신호(PSa, PSb)를 MOS 트랜지스터(Qa, Qb)에 각각 공급한다.

이 대기 시에, 풀 브리지 회로(43a)를 하프·브리지 동작시켜 1차 코일(L1)을 여자하는 이유는, 인접하고 있는 1차 코일(L1) 사이에서의 자기 결합에 의한 간섭의 감소를 도모하기 위해서이다. 이로써, 대기 중에 급전 영역(AR)에 탑재된 기기(E)의 존재 검지 정밀도를 높일 수 있다.

급전 영역(AR)에 물체가 탑재되면, 공간적으로 결합되는 그 물체(부하)에 의해, 1차 코일(L1)에 흐르는 전류의 값이 변화한다. 상기한 바와 같이, 급전 영역(AR)에 아무것도 탑재되어 있지 않은 때(부하가 없는 개방 상태일 때), 1차 코일(L1)에 흐르는 전류의 값이 최대가 된다. 한편, 급전 영역(AR)에 물체가 탑재된 때(부하가 있을 때), 부하가 커짐에 따라 1차 코일(L1)에 흐르는 전류의 값이 작아진다.

여기서, 시스템 제어부(32)가 풀 브리지 회로(43a)에 대하여 풀·브리지 동작을 시키기 위한 여자 제어 신호(CT)를 출력하고 있을 때, 드라이브 회로(43b)는 구동 신호(PSa, PSb, PSc, PSd)를 계속 출력한다. 따라서, 이 경우, 풀 브리지 회로(43a)는 1차 코일(L1)을 연속 여자 구동한다.

이에 대하여, 시스템 제어부(32)가 풀 브리지 회로(43a)에 대하여 하프·브리지 동작시키기 위한 여자 제어 신호(CT)를 출력하고 있을 때, 드라이브 회로(43b)는 구동 신호(PSa, PSb, PSc, PSd)를 소정 기간(예를 들면, 일정한 기간)마다 간헐적으로 출력한다. 따라서, 이 경우, 풀 브리지 회로(43a)는 1차 코일(L1)을 간헐 여자 구동한다.

이 1차 코일(L1)의 간헐 여자 구동에 의해 수전 장치(기기(E))에 공급되는 2차 전력은, 탑재면(3)에 기기(E)가 탑재된 때에 이 기기(E)의 부하(Z)를 즉시 구동할 수 있을 정도의 전력이 아니라, 부하(Z)의 충전지를 충전할 수 있는 정도의 전력이다. 이 경우도, 그 2차 전력에 의해 기기(E)의 데이터 생성 회로부(13) 및 송신 회로부(14)가 구동되어 기기(E)와 급전 장치(1) 사이에서 무선 통신이 행해진다.

또, 시스템 제어부(32)가 급전 영역(AR)에 금속편(M)이 탑재되어 있다고 판정할 때, 여자 구동 회로(43)는 마찬가지로, 여자 제어 신호(CT)에 따라 1차 코일(L1)을 간헐 여자 구동한다. 따라서, 1차 코일(L1)의 간헐 여자 구동이 행해지고 있는 동안은, 부하(Z)의 충전지를 충전할 수 있지만, 급전 영역(AR)에 탑재된 금속편(M)의 온도가 유도 가열에 의해 크게 상승하는 것이 억제된다.

또한, 시스템 제어부(32)에 신호 추출 회로부(42)가 허가 신호(EN)를 출력하고 있지 않은 때도, 급전 영역(AR)에 기기(E)가 탑재되어 있지 않은 때와 마찬가지로, 여자 구동 회로(43)는 여자 제어 신호(CT)에 따라 1차 코일(L1)을 간헐 여자 구동한다.

존재 검지 회로(43c)는, 1차 코일(L1)에 흐르는 전류를 검출하여, 그 검출 전류의 전류값에 대응하는 전압을 존재 검출 전압(Vx)으로서 생성한다. 존재 검출 전압(Vx)은 시스템 제어부(32)에 공급된다. 존재 검출 전압(Vx)은 검출 신호의 일례이다.

1차 코일(L1)이 여자 구동되고 있을 때, 그 1차 코일(L1)(급전 영역(AR)) 상에 물체(부하)가 존재하지 않으면, 공간적으로 결합되는 물체(부하)가 없다. 그러므로, 1차 코일(L1)에 흐르는 전류의 값이 커진다. 반대로, 1차 코일(L1)(급전 영역(AR)) 상에 물체(부하)가 존재하면, 공간적으로 결합되는 그 물체(부하)에 의해, 1차 코일(L1)에 흐르는 전류의 값이 작아진다.

따라서, 존재 검지 회로(43c)는, 1차 코일(L1)(급전 영역(AR)) 상에 물체(부하)가 없을 때는 존재 검출 전압(Vx)의 값을 증가시킨다. 반대로, 존재 검지 회로(43c)는, 1차 코일(L1)(급전 영역(AR)) 상에 물체(부하)가 있을 때는 존재 검출 전압(Vx)의 값을 저하시킨다.

시스템 제어부(32)는 존재 검출 전압(Vx)을 수취하고, 존재 검출 전압(Vx)이 미리 정한 아래쪽 기준 전압(Vk1)과 위쪽 기준 전압(Vk2) 사이(Vk1＜Vx＜Vk2)에 있을 때, 급전 영역(AR)에 무엇인가가 탑재되었다고 판단한다.

또, 존재 검출 전압(Vx)이 위쪽 기준 전압(Vk2) 이상일 때, 시스템 제어부(32)는 급전 영역(AR)에 아무것도 탑재되어 있지 않다고 판단한다. 한편, 존재 검출 전압(Vx)이 아래쪽 기준 전압(Vk1) 이하일 때, 시스템 제어부(32)는, 급전 영역(AR)에 무엇인가가 탑재되어 있지만, 명백히 급전해야 하는 기기(E)가 아닌 물체(부하)가 탑재되어 있다고 판단한다.

그리고, 아래쪽 기준 전압(Vk1) 및 위쪽 기준 전압(Vk2)은, 미리 실험, 시험, 계산 등에 의해 구해진 값으로 설정되어 있고, 공통 유닛부(30)의 불휘발성 메모리(33)에 미리 기억되어 있다. 그리고, 시스템 제어부(32)는 불휘발성 메모리(33)로부터 아래쪽 기준 전압(Vk1) 및 위쪽 기준 전압(Vk2)을 판독하여, 존재 검출 전압(Vx)과 비교한다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 금속 검지 회로부(44)는 발진 회로(44a), 신호 추출 회로(44b), 및 듀티 연산 회로(44c)를 포함한다. 발진 회로(44a)는 발진 회로부의 일례이다. 신호 추출 회로(44b)는 신호 추출 회로부의 일례이다. 듀티 연산 회로(44c)는 듀티 연산 회로부의 일례이다.

발진 회로(44a)는, 1차측 금속 검지 코일(La)과 접속되어 있다. 본 실시예에서는, 발진 회로(44a)와 1차측 금속 검지 코일(La)과 콜피츠(Colpitts) 발진 회로를 구성하고 있다. 발진 회로(44a)는 전원 회로(31)로부터 인가되는 직류 전압에 따라 발진 동작을 한다. 그리고, 발진 회로(44a)는 도 10의 (a)에 나타낸 진폭값 및 주파수가 일정한 정현파로 이루어지는 발진 신호(Φt)를, 1차측 금속 검지 코일(La)로부터 탑재면(3)에 탑재된 기기(E)의 2차측 금속 검지 코일(Lb)을 향해 송신한다.

발진 회로(44a)로부터 발진되는 발진 신호(Φt)는 상기한 바와 같이 캐리어 신호를 구성한다. 다시 말해, 기기(E)는 그 발진 신호(Φt)의 진폭값에 따라 온·오프 신호(MP)를 생성한다. 그리고, 기기(E)는, 캐리어 신호를 그 진폭값에 따른 듀티(DU)의 온·오프 신호(MP)에 의해 진폭 변조함으로써 피변조파 신호(Φm)를 생성하고, 그 피변조파 신호(Φm)를 2차측 금속 검지 코일(Lb)로부터 송신한다. 이때, 1차측 금속 검지 코일(La)과 2차측 금속 검지 코일(Lb)의 상대적인 위치 관계가 변화하면, 1차측 금속 검지 코일(La)과 2차측 금속 검지 코일(Lb)의 인덕턴스가 변화하고, 그에 따라 발진 신호(Φt)의 진폭값 및 주파수가 변화한다. 이 경우, 1차측 금속 검지 코일(La)과 2차측 금속 검지 코일(Lb) 사이의 위치 어긋남에 의한 진폭값 및 주파수의 변화와 비교하여, 이들 사이에 금속편(M)이 끼어 있을 때의 진폭값 및 주파수의 변화량이 크다. 그러므로, 코일(La, Lb)의 위치 어긋남이 발생한 것인지 그렇지 않으면 금속편(M)이 코일(La, Lb) 사이에 존재하는지를 발진 신호(Φt)의 변화에 의해 구별할 수 있게 된다.

그리고, 기기(E)에서 생성된 도 10의 (c) 또는 (g)에 나타낸 피변조파 신호(Φm)는, 급전 장치(1)의 1차측 금속 검지 코일(La)에 의해 수신되고 발진 회로(44a)를 통하여 신호 추출 회로(44b)에 공급된다.

신호 추출 회로(44b)는 포락선 검파 회로를 포함하고, 발진 회로(44a)를 통하여 공급된 피변조파 신호(Φm)를 포락선 검파 회로에 의해 검파한다. 신호 추출 회로(44b)(포락선 검파 회로)는, 피변조파 신호(Φm)로부터, 이 피변조파 신호(Φm)의 포락선 파형 신호(복조 신호(DMP)), 즉 온·오프 신호(MP)를 복조한다. 신호 추출 회로(44b)(포락선 검파 회로)는 파형 정형 회로를 포함하고, 복조 신호( DMP)(온·오프 신호(MP))를 파형 정형 회로에 의해 파형 정형한다.

듀티 연산 회로(44c)는, 복조 신호(DMP)(온·오프 신호(MP))의 듀티(DU)를 연산한다. 본 실시예에서는, 듀티 연산 회로(44c)는 복조 신호(DMP)(온·오프 신호(MP))의 주기(Tn) 및 온 시간(t1)을 구한다. 그리고, 듀티 연산 회로(44c)는 주기(Tn)와 온 시간(t1)으로부터 듀티(DU, DU=t1/Tn)를 연산한다. 듀티 연산 회로(44c)는 연산값으로서 얻은 온·오프 신호(MP)의 듀티(DU)를 시스템 제어부(32)에 공급한다.

시스템 제어부(32)는 듀티 연산 회로(44c)로부터 공급된 복조 신호(DMP)(온·오프 신호(MP))의 듀티(DU)에 따라 금속편(M)의 유무를 판정한다. 예를 들면, 시스템 제어부(32)는, 공통 유닛부(30)의 불휘발성 메모리(33)에 미리 기억된 기준 듀티(DUk)와 복조 신호(DMP)(온·오프 신호(MP))의 듀티(DU)를 비교함으로써 금속편(M)의 유무를 판정한다.

기준 듀티(DUk)는, 급전 영역(AR)과 기기(E) 사이에 금속편(M)이 개재되어 있지 않은 상태에서 금속 검지 회로부(44)에 의해 수신된 피변조파 신호(Φm)에 따라 듀티 연산 회로(44c)에 의해 연산된 듀티(DU)이다. 이 기준 듀티(DUk)는 미리 실험, 시험, 계산 등에 의해 구해진 값으로 설정되고, 불휘발성 메모리(33)에 미리 기억되어 있다.

따라서, 급전 영역(AR)에 금속편(M)이 개재되어 있는 상태에서는, 발진 신호(Φt)의 진폭이 작아져, 온·오프 신호(MP)의 듀티(DU)도 길어진다. 그 결과, 시스템 제어부(32)는, 듀티 연산 회로(44c)로부터의 듀티(DU)가 기준 듀티(DUk)를 초과하면, 급전 영역(AR)에 금속편(M)이 있다고 판정한다. 반대로, 시스템 제어부(32)는, 듀티 연산 회로(44c)로부터의 듀티(DU)가 기준 듀티(DUk) 이하일 때는, 급전 영역(AR)에 금속편(M)이 없다고 판정한다.

시스템 제어부(32)는 존재 검지 회로(43c)로부터 존재 검출 전압(Vx)을 수신하고, 그 존재 검출 전압(Vx)이 아래쪽 기준 전압(Vk1)과 위쪽 기준 전압(Vk2) 사이에 있다고 판정한 후, 듀티 연산 회로(44c)로부터의 온·오프 신호(MP)의 듀티(DU)의 공급을 기다린다. 그 후, 시스템 제어부(32)는 급전 영역(AR)에 금속편(M)이 없다고 판정하면, 신호 추출 회로부(42)로부터 허가 신호(EN)를 기다린다. 이 상태에서, 시스템 제어부(32)는 신호 추출 회로부(42)로부터 허가 신호(EN)를 수신하면, 기본 급전 유닛 회로(4)의 급전 코일 여자 구동 회로부(43)에 대하여, 풀·브리지 동작을 위한 여자 제어 신호(CT)를 공급한다.

한편, 시스템 제어부(32)는, 존재 검지 회로(43c)로부터의 존재 검출 전압(Vx)이 아래쪽 기준 전압(Vk1)과 위쪽 기준 전압(Vk2) 사이에 없을 때, 급전 코일 여자 구동 회로부(43)에 대하여, 풀·브리지 동작을 위한 여자 제어 신호(CT)를 공급하지 않는다. 이때, 시스템 제어부(32)는, 급전 코일 여자 구동 회로부(43)에 대하여, 하프·브리지 동작을 위한 여자 제어 신호(CT)를 공급하여 1차 코일(L1)을 간헐 여자 구동시킨다.

또, 시스템 제어부(32)는, 신호 추출 회로부(42)로부터 허가 신호(EN)를 수신하지 않은 때, 마찬가지로 급전 코일 여자 구동 회로부(43)에 대하여, 하프·브리지 동작을 위한 여자 제어 신호(CT)를 공급하여 1차 코일(L1)을 간헐 여자 구동시킨다.

또한, 시스템 제어부(32)는, 급전 영역(AR)에 금속편(M)이 있다고 판정했을 때, 마찬가지로 급전 코일 여자 구동 회로부(43)에 대하여, 하프·브리지 동작을 위한 여자 제어 신호(CT)를 공급하여 1차 코일(L1)을 간헐 여자 구동시킨다.

다음에, 상기와 같이 구성한 급전 장치(1)의 작용에 대하여 설명한다.

도시하지 않은 전원 스위치가 온되어, 전원 회로(31)에 상용 전원이 공급되면, 전원 회로(31)는 직류 전압을 구동 전원으로서 시스템 제어부(32), 불휘발성 메모리(33) 및 각 기본 급전 유닛 회로(4)에 공급한다.

시스템 제어부(32)는, 전원 회로(31)로부터 구동 전원이 공급되면, 기본 급전 유닛 회로(4)의 풀 브리지 회로(43a)를 하프·브리지 동작시키기 위한 여자 제어 신호(CT)를 드라이브 회로(43b)에 공급한다.

기본 급전 유닛 회로(4)의 드라이브 회로(43b)는, 여자 제어 신호(CT)에 응답하여, 풀 브리지 회로(43a)를 하프·브리지 동작시켜 1차 코일(L1)을 간헐 여자 구동한다.

그 후, 급전 장치(1)는 탑재면(3)의 급전 영역(AR)에 기기(E)가 탑재되기를 기다린다. 이 상태에서, 시스템 제어부(32)는, (1) 존재 검지 처리 동작, (2) 금속 이물질 검출 처리 동작, (3) 기종 검출 처리 동작을 반복 실행한다.

존재 검지 처리 동작에서는, 시스템 제어부(32)는, 기본 급전 유닛 회로(4)(급전 코일 여자 구동 회로부(43))를 제어하여, 급전 영역(AR)에 물체가 탑재되었는지 여부를 검출한다.

금속 이물질 검출 처리 동작에서는, 시스템 제어부(32)는 기본 급전 유닛 회로(4)(금속 검지 회로부(44))를 제어하여, 급전 영역(AR)에서의 금속편(M)의 검지를 행한다.

기종 검출 처리 동작에서는, 시스템 제어부(32)는 기본 급전 유닛 회로(4)(수신 회로부(41) 및 신호 추출 회로부(42))를 제어하여, 기기(E)의 급전 요구의 검지를 행한다. 이하, 존재 검지 처리 동작, 금속 이물질 검출 처리 동작, 및 기종 검출 처리 동작에 대하여 상세하게 설명한다

존재 검지 처리 동작

각 기본 급전 유닛 회로(4)의 급전 코일 여자 구동 회로부(43)에 설치된 존재 검지 회로(43c)는, 대응하는 1차 코일(L1)에 흐르는 전류의 값을 존재 검출 전압(Vx)으로서 검출한다. 그리고, 각 존재 검지 회로(43c)는 그 존재 검출 전압(Vx)을 시스템 제어부(32)에 공급한다.

시스템 제어부(32)는 각 존재 검지 회로(43c)로부터 존재 검출 전압(Vx)을 수신하면, 그 존재 검출 전압(Vx)이 아래쪽 기준 전압(Vk1)과 위쪽 기준 전압(Vk2) 사이에 있는지 여부 판정한다. 그리고, 존재 검출 전압(Vx)이 아래쪽 기준 전압(Vk1)과 위쪽 기준 전압(Vk2) 사이에 있는 경우에는, 시스템 제어부(32)는, 그 존재 검지 회로(43c)가 속하는 급전 영역(AR)에 물체가 존재하고 있다고 판정한다.

또, 존재 검출 전압(Vx)가 위쪽 기준 전압(Vk2) 이상인 경우에는, 시스템 제어부(32)는, 그 존재 검지 회로(43c)가 속하는 급전 영역(AR)에 물체가 존재하지 않는다고 판정한다.

금속 이물질 검출 처리 동작

각 기본 급전 유닛 회로(4)에서의 금속 검지 회로부(44)의 발진 회로(44a)는, 직류 전압의 공급에 따라 발진 동작하고, 대응하는 1차측 금속 검지 코일(La)로부터 발진 신호(Φt)를 송신한다.

기기(E)의 2차측 금속 검지 코일(Lb)은 1차측 금속 검지 코일(La)로부터 발진 신호(Φt)를 수신한다. 변조 회로(20)의 정류 회로(21)는 2차측 금속 검지 코일(Lb)에 의해 수신된 발진 신호(Φt)를 반파 정류한다(도 6 참조).

발진 신호(Φt)를 반파 정류하여 얻은 직류 전압은, 충전 전압(Vt)(전원 전압(VG))으로서 변조파 신호 생성 회로부(22)(멀티바이브레이터(22a))에 공급된다(도 7 참조).

여기서, 정류 회로(21)에 의해 생성되는 직류 전압(전원 전압(VG))의 값은, 발진 신호(Φt)의 진폭값에 의해, 즉 급전 영역(AR)에 금속편(M)이 탑재되어 있는지 여부에 의해 변동한다.

급전 영역(AR)에 금속편(M)이 탑재되어 있지 않은 경우, 발진 신호(Φt)는 도 10의 (a)에 나타낸 바와 같이 진폭한다. 반대로, 급전 영역(AR)에 금속편(M)이 탑재되어 있는 경우, 발진 신호(Φt)는, 도 10의 (e)에 나타낸 바와 같이 진폭한다. 따라서, 금속편(M)이 있는 경우에 비하여, 급전 영역(AR)에 금속편(M)이 없는 경우에는, 발진 신호(Φt)의 진폭값, 즉 충전 전압(Vt)이 커진다.

그 결과, 멀티바이브레이터(22a)로부터 출력되는 온·오프 신호(MP)의 듀티(DU)는, 급전 영역(AR)에 금속편(M)이 탑재되어 있지 않은 경우, 도 10의 (b)가 되는 데 반해, 급전 영역(AR)에 금속편(M)이 탑재되어 있는 경우, 도 10의 (f)가 된다. 즉, 도 10의 (b), (f)에 나타낸 바와 같이, 급전 영역(AR)에 금속편(M)이 탑재되어 있지 않은 경우에 비하여, 금속편(M)이 탑재되어 있는 경우에는, 온·오프 신호(MP)의 듀티(DU)가 커진다.

온·오프 신호(MP)는 변조 회로부(23)의 트랜지스터(Q3)의 게이트 단자에 인가되어 트랜지스터(Q3)를 온·오프한다. 그 트랜지스터(Q3)의 온·오프에 의해, 2차측 금속 검지 코일(Lb)에 흐르는 전류(발진 신호(Φt))는 진폭 변조되어 피변조파 신호(Φm)로서 생성된다. 그 피변조파 신호(Φm)가 2차측 금속 검지 코일(Lb)로부터 1차측 금속 검지 코일(La)에 송신된다.

이때, 급전 영역(AR)에 금속편(M)이 탑재되어 있지 않은 경우, 도 10의 (b)에 나타낸 온·오프 신호의 듀티(DU)에 맞추어, 피변조파 신호(Φm)의 파형은 도 10의 (c)에 나타낸 바와 같이 생성된다. 한편, 급전 영역(AR)에 금속편(M)이 탑재되어 있는 경우, 도 10의 (f)에 나타낸 온·오프 신호(MP)의 듀티(DU)에 맞추어, 피변조파 신호(Φm)의 파형은 도 10의 (g)에 나타낸 바와 같이 생성된다.

1차측 금속 검지 코일(La)은 2차측 금속 검지 코일(Lb)로부터 송신되는 피변조파 신호(Φm)를 수신한다. 1차측 금속 검지 코일(La)에 의해 수신된 피변조파 신호(Φm)는 발진 회로(44a)를 통하여 신호 추출 회로(44b)(검파 회로부)에 공급된다.

신호 추출 회로(44b)(검파 회로부)는 피변조파 신호(Φm)로부터 이 피변조파 신호(Φm)의 외측을 둘러싼 포락선 파형 신호(복조 신호(DMP)), 즉 온·오프 신호(MP)를 복조한다. 신호 추출 회로(44b)(검파 회로부)는 그 복조 신호(DMP)(온·오프 신호(MP))를 듀티 연산 회로(44c)에 공급한다.

따라서, 신호 추출 회로(44b)에 의해 생성된 복조 신호(DMP)(온·오프 신호(MP))의 듀티(DU)는, 급전 영역(AR)에 금속편(M)이 탑재되지 않은 경우, 도 10의 (d)가 되는 데 반해, 급전 영역(AR)에 금속편(M)이 탑재되어 있는 경우, 도 10의 (h)가 된다. 즉, 도 10의 (b)(f)에 나타낸 바와 같이, 급전 영역(AR)에 금속편(M)이 탑재되지 않은 경우에 비하여, 금속편(M)이 탑재되어 있는 경우에는, 복조 신호(DMP)(온·오프 신호(MP))의 듀티(DU)가 커진다.

신호 추출 회로(44b)(검파 회로부)는 복조 신호(DMP)(온·오프 신호(MP))를 듀티 연산 회로(44c)에 공급한다. 듀티 연산 회로(44c)는 그 복조 신호(DMP)(온·오프 신호(MP))의 듀티(DU)를 연산하고, 그 연산값(DU)을 시스템 제어부(32)에 공급한다.

시스템 제어부(32)는 각 기본 급전 유닛 회로(4)로부터 공급되는 복조 신호(DMP)(온·오프 신호(MP))의 듀티(DU)를 기준 듀티(DUk)와 비교한다.

시스템 제어부(32)는, 복조 신호(DMP)(온·오프 신호(MP))의 듀티(DU)가 기준 듀티(DUk)를 초과한 때, 대응하는 금속 검지 회로부(44)에 의해 여자되고 있는 1차측 금속 검지 코일(La)의 바로 윗쪽의 급전 영역(AR)에 금속편(M)이 존재하고 있다고 판정한다.

또, 시스템 제어부(32)는, 온·오프 신호(MP)의 듀티(DU)가 기준 듀티(DUk) 이하일 때는, 대응하는 금속 검지 회로부(44)에 의해 여자되고 있는 1차측 금속 검지 코일(La)의 바로 윗쪽의 급전 영역(AR)에 금속편(M)이 없다고 판정한다.

기종 검출 처리 동작

기기(E)가 급전 영역(AR)에 놓이면, 기기(E)의 2차 코일(L2)은 1차 코일(L1)의 간헐 여자 구동에 따른 2차 전력을 수전한다. 기기(E)는 이 2차 전력에 따라 수전 회로(10)의 데이터 생성 회로부(13)에 의해 기기 인증 신호(ID) 및 여자 요구 신호(RQ)를 생성한다. 송신 회로부(14)는 이 기기 인증 신호(ID) 및 여자 요구 신호(RQ)를 신호 송신 안테나 코일(A2)로부터 급전 장치(1)의 신호 수신 안테나 코일(A1)을 향해 송신한다.

급전 장치(1)의 신호 추출 회로부(42)는, 신호 수신 안테나 코일(A1)을 통하여 수신 회로부(41)에 의해 수신된 송신 신호에서 기기 인증 신호(ID) 및 여자 요구 신호(RQ)를 추출한다. 신호 추출 회로부(42)는 기기 인증 신호(ID) 및 여자 요구 신호(RQ) 둘 다를 추출하면, 시스템 제어부(32)에 허가 신호(EN)를 공급한다.

시스템 제어부(32)는 신호 추출 회로부(42)로부터 허가 신호(EN)를 수신하면, 급전 장치(1)에 의해 급전 가능한 기종의 기기(E)가, 그 신호 추출 회로부(42)가 속하는 급전 영역(AR)에 탑재되었다고 판단한다.

또, 시스템 제어부(32)는 신호 추출 회로부(42)로부터 허가 신호(EN)를 수신하지 않은 경우에는, 존재 검지 처리 동작에서 물체가 탑재되어 있는 것으로 판정되어 있어도, 급전 장치(1)에 의해 급전을 할 수 없는 기기(E) 또는 물체가 급전 영역(AR)에 탑재되어 있다고 판단한다.

기기(E)에의 급전

시스템 제어부(32)는, 존재 검지 처리 동작, 금속 이물질 검출 처리 동작 및 기종 검출 처리 동작을 반복한다. 그리고, 시스템 제어부(32)는, 어느 하나의 급전 영역(AR)에서 물체의 존재를 검출하고, 금속편(M)이 없다고 판정하고, 또한 그 물체가 기기(E)일 때 생성되는 허가 신호(EN)를 수신할 때, 그 급전 영역(AR)의 바로 아래에 있는 1차 코일(L1)을 연속 여자 구동시킨다. 즉, 시스템 제어부(32)는, 기기(E)가 탑재된 급전 영역(AR)의 기본 급전 유닛 회로(4)의 드라이브 회로(43b)에 대하여, 풀 브리지 회로(43a)를 풀·브리지 동작시키기 위한 여자 제어 신호(CT)를 공급한다.

1차 코일(L1)이 연속 여자 구동함으로써, 급전 장치(1)의 급전 영역(AR)에 탑재된 기기(E)는, 2차 코일(L2)를 통하여, 1차 코일(L1)의 연속 여자 구동에 따른 2차 전력을 수전한다.

이로써, 기기(E)는, 수전 회로(10)(정류 평활 회로부(11) 및 DC/DC 변환기 회로(12)로부터 부하(Z)에, 동 부하(Z)를 구동시키기 위한 전원을 공급한다.

그리고, 시스템 제어부(32)는, 급전 중인 급전 영역(AR)에 금속편(M)이 있다는 것을, 금속 이물질 검출 처리 동작에 의해 검출했을 때, 기기(E)에의 급전을 정지한다. 이 경우, 시스템 제어부(32)는, 그 급전 영역(AR)의 1차 코일(L1)의 여자 동작을 연속 여자 구동에서 간헐 여자 구동으로 전환한다. 즉, 시스템 제어부(32)는, 기기(E)의 바로 아래에 있는 기본 급전 유닛 회로(4)의 드라이브 회로(43b)에 대하여, 풀 브리지 회로(43a)를 하프·브리지 동작시키기 위한 여자 제어 신호(CT)를 공급한다.

또, 시스템 제어부(32)는, 급전 중인 급전 영역(AR)으로부터 기기(E)가 집어 들린 것을 존재 검지 처리 동작에 의해 검출했을 때도, 기기(E)에의 급전을 정지한다. 이 경우도 마찬가지로, 시스템 제어부(32)는, 그 급전 영역(AR)의 1차 코일(L1)의 여자 동작을 연속 여자 구동에서 간헐 여자 구동으로 전환한다. 즉, 시스템 제어부(32)는, 기기(E)의 바로 아래에 있는 1차 코일(L1)을 여자하는 드라이브 회로(43b)에 대하여, 풀 브리지 회로(43a)를 하프·브리지 동작시키기 위한 여자 제어 신호(CT)를 공급한다.

또한, 시스템 제어부(32)는, 급전 중인 기기(E)로부터 여자 요구 신호(RQ)가 출력되지 않게 되고 허가 신호(EN)가 사라진 것을 기종 검출 처리 동작에 의해 검출했을 때도, 기기(E)에의 급전을 정지한다. 이 경우도 마찬가지로, 시스템 제어부(32)는, 그 급전 영역(AR)의 바로 아래에 있는 1차 코일(L1)의 여자 동작을 연속 여자 구동에서 간헐 여자 구동으로 전환한다. 즉, 시스템 제어부(32)는, 기기(E)의 바로 아래에 있는 1차 코일(L1)을 여자하는 드라이브 회로(43b)에 대하여, 풀 브리지 회로(43a)를 하프·브리지 동작시키기 위한 여자 제어 신호(CT)를 공급한다.

상기와 같이 구성한 제1 실시예의 비접촉 급전 장치는, 이하의 이점을 가진다.

(1) 급전 장치(1)의 탑재면(3)을 복수의 급전 영역(AR)으로 구획하여, 각 급전 영역(AR)에 1차 코일(L1)을 배치하였다. 따라서, 기기(E)가 탑재면(3)의 어느 급전 영역(AR)에 탑재되어도, 그 탑재된 급전 영역(AR)의 1차 코일(L1)이 여자 구동된다. 따라서, 급전 장치(1)는 기기(E)가 탑재면(3)의 어느 급전 영역(AR)에 탑재되어도 기기(E)를 급전할 수 있다.

(2) 각 급전 영역(AR)에, 금속 검지를 하기 위한 1차측 금속 검지 코일(La)을 설치하였다. 따라서, 금속편(M)이 탑재면(3)의 어느 급전 영역(AR)에 놓여져도, 급전 장치(1)는 금속편(M)을 검지할 수 있다.

(3) 급전 장치(1)는 금속편(M)의 유무를 온·오프 신호(MP)의 듀티(DU)에 의해 판정한다. 즉, 온·오프 신호(MP)는 변조파로서 생성되어 있다. 그러므로, 복수의 1차 코일(L1)이 인접하여 배치된 급전 장치(1)에서, 이웃한 1차 코일(L1)끼리 서로 간섭하여 여자 주파수가 변동되어도, 그 여자 주파수의 변동의 영향을 거의 받지 않고 금속 검지를 양호한 정밀도로 행할 수 있다.

(4) 시스템 제어부(32)는, 각 기본 급전 유닛 회로(4)의 금속 검지 회로부(44)에 의해 연산된 듀티(DU)에 따라, 각 급전 영역(AR)에서의 금속편(M)의 유무를 판정한다.

이 구성에서는, 시스템 제어부(32)는 각 기본 급전 유닛 회로(4)의 금속 검지 회로부(44)로부터의 듀티(DU)를 기준 듀티(DUk)와 비교하는 것만으로 금속편(M)의 유무를 판정할 수 있다. 그 결과, 시스템 제어부(32)의 부하를 매우 감소시킬 수 있다.

(5) 금속편(M)의 유무를 나타내는 정보, 즉 온·오프 신호(MP)가 기기(E)에 의해 생성된다. 따라서, 급전 장치(1)의 회로 구성 및 처리 부하를 경감할 수 있다. 이로써, 염가의 비접촉 급전 장치를 실현할 수 있다.

(6) 피변조파 신호(Φm)를 생성할 때, 금속 검지 회로부(44)의 발진 회로(44a)로부터의 발진 신호(Φt)가 캐리어 신호로서 이용된다. 이로써, 캐리어 신호를 별도 생성하기 위한 발진 회로를 생략할 수 있다.

(7) 피변조파 신호(Φm)는 진폭변조에 의해 생성된다. 그러므로, 다른 주파수 변조 등에 의해 생성하는 경우에 비하여, 피변조파 신호(Φm)를 생성하는 회로의 구성이 간단하고 또한 염가로 그 회로를 구성할 수 있다. 또, 피변조파 신호(Φm)를 복조하는 신호 추출 회로(44b)(검파 회로부)도 간단하고 또한 염가로 구성할 수 있다.

(8) 정류 회로(21)의 충방전 커패시터(C0)의 충전 전압(Vt)을 변조파 신호 생성 회로부(22)의 멀티바이브레이터(22a)에 전원 전압(VG)으로서 공급하였다. 이 구성에서는, 금속편(M)의 유무에 따라 변동하는 전원 전압(VG)에 의해, 멀티바이브레이터(22a)의 온·오프 신호(MP)의 듀티(DU)가 변경한다. 따라서, 멀티바이브레이터(22a)라는 간단한 회로 구성으로 금속편(M)의 유무를 나타내는 변조파(온·오프 신호(MP))를 생성할 수 있다.

(9) 급전 장치(1)는, 금속 검지를 행할 때, 각 기본 급전 유닛 회로(4)에서 급전을 위한 1차 코일(L1)의 여자 주파수를 변경시키지 않는다. 그 결과, 1차 코일(L1)에 복수의 여자 주파수를 설정할 필요가 없고, 금속 검지를 행할 때마다, 1차 코일(L1)의 여자 주파수를 전환할 필요가 없다. 그러므로, 복잡하고 고가인 제어 회로가 불필요해진다. 이로써, 염가의 비접촉 급전 장치를 실현할 수 있다.

(10) 급전 장치(1)는, 대기 중에, 풀 브리지 회로(43a)를 하프·브리지 동작시킨다. 이로써, 대기 중에, 인접하고 있는 1차 코일(L1) 사이에서의 자기 결합에 의한 간섭을 감소시킬 수 있다. 따라서, 급전 영역(AR)에 탑재된 기기(E)의 존재 검지 정밀도를 높일 수 있다.

그리고, 상기 실시예는 발명의 범위를 일탈하지 않고 다양한 형태로 실시할 수 있다는 것은 당업자에게 명백하다. 예를 들면, 상기 실시예는, 이하의 형태로 실시할 수 있음을 알 수 있다.

상기 실시예에서는, 급전 장치(1)의 각 급전 영역(AR)에 신호 수신 안테나 코일(A1)을 설치하는 동시에, 기기(E)에 신호 송신 안테나 코일(A2)을 설치하였으나, 안테나 코일(A1, A2)을 생략해도 된다.

예를 들면, 도 11에 나타낸 바와 같이, 수신 회로부(41)의 입력 단자 및 존재 검지 회로(43c)의 입력 단자를 1차 코일(L1)에 접속한다. 이 경우, 수신 회로부(41)는, 1차 코일(L1)에 의해 수신한 변조된 여자 신호에서 기기 인증 신호(ID) 및 여자 요구 신호(RQ)를 추출해도 된다.

또, 이 구성에서는, 존재 검지 회로(43c)는, 1차 코일(L1)에 흐르는 전류의 값을 존재 검출 전압(Vx)으로서 검출하여, 급전 영역(AR)에 물체가 존재하고 있는지 여부를 판정해도 된다.

또, 안테나 코일(A1, A2)을 생략하는 경우, 도 12에 나타낸 바와 같이, 기기(E)에서 송신 회로부(14)의 출력 단자를 2차 코일(L2)에 접속한다. 이 경우, 송신 회로부(14)는, 데이터 생성 회로부(13)로부터의 기기 인증 신호(ID) 및 여자 요구 신호(RQ)를 2차 코일(L2)을 통하여 급전 장치(1)의 1차 코일(L1)에 송신한다.

즉, 데이터 생성 회로부(13)에 의해 생성된 기기 인증 신호(ID) 및 여자 요구 신호(RQ)에 따라, 변조 회로부(23)에서의 금속 검지 처리와 마찬가지로, 2차 코일(L2)에 의해 수신된 1차 코일(L1)로부터의 여자 신호가 신호(ID, RQ)의 비트를 포함하도록 변조된다. 그리고, 1차 코일(L1)에 의해 수신한 변조된 여자 신호로부터 기기 인증 신호(ID) 및 여자 요구 신호(RQ)를 추출해도 된다.

또, 각 급전 영역(AR)의 1차측 금속 검지 코일(La) 및 신호 수신 안테나 코일(A1), 및 기기(E)의 2차측 금속 검지 코일(Lb) 및 신호 송신 안테나 코일(A2)을 생략해도 된다.

예를 들면, 도 13에 나타낸 바와 같이, 수신 회로부(41)의 입력 단자, 존재 검지 회로(43c)의 입력 단자, 및 신호 추출 회로(44b)의 입력 단자를 1차 코일(L1)에 접속한다. 이 경우, 1차측 금속 검지 코일(La) 대신에, 1차 코일(L1)이 1차 검지 코일로서 기능하고, 풀 브리지 회로(43a)가 여자 구동 회로로서 기능한다. 수신 회로부(41)는 1차 코일(L1)에 의해 수신한 변조된 여자 신호로부터 기기 인증 신호(ID) 및 여자 요구 신호(RQ)를 추출해도 된다. 또, 존재 검지 회로(43c)는 1차 코일(L1)에 흐르는 전류의 값을 존재 검출 전압(Vx)으로서 검출하여, 급전 영역(AR)에 물체가 존재하고 있는지 여부를 판정해도 된다.

또, 신호 추출 회로(44b)는 1차 코일(L1)을 통하여 피변조파 신호(Φm)를 수신한다. 그리고, 신호 추출 회로(44b)는 그 피변조파 신호(Φm)로부터 피변조파 신호(Φm)의 외측을 둘러싼 포락선 파형 신호(복조 신호(DMP)), 즉 온·오프 신호(MP)를 복조한다. 신호 추출 회로(44b)(검파 회로부)는, 그 복조 신호(DMP)(온·오프 신호(MP))를 듀티 연산 회로(44c)에 공급한다.

또, 코일(La, Lb, A1, A2)을 생략하는 경우, 도 14에 나타낸 바와 같이, 기기(E)에서는 변조 회로(20)의 입력 단자를 2차 코일(L2)에 접속한다. 이 경우, 2차측 금속 검지 코일(Lb) 대신에, 2차 코일(L2)이 2차 검지 코일로서 기능하고, 변조 회로(20)은 진폭변조에 의해 생성된 피변조파 신호(Φm)를 2차 코일(L1)을 통하여 1차 코일(L1)에 송신한다.

즉, 1차 코일(L1)과 2차 코일(L2)를 이용하여 금속 검지를 행하는 경우, 변조파 신호 생성 회로부(22)는, 수전 회로(10)의 정류 평활 회로부(11)로부터 공급되는 전원 전압에 따라, 온·오프 신호(MP)를 생성하고 그 온·오프 신호(MP)를 변조 회로부(23)에 공급한다.

변조 회로부(23)는, 그 온·오프 신호(MP)(온·오프 신호(MP)의 듀티(DU))에 의해 2차 코일(L2)을 흐르는 2차 전류의 진폭을 변조하고, 진폭 변조된 여자 신호, 즉 피변조파 신호(Φm)를 2차 코일(L2)로부터 1차 코일(L1)에 송신한다. 그리고, 1차 코일(L1)에 의해 수신한 여자 신호(피변조파 신호(Φm))에 따라 기본 급전 유닛 회로(4)의 금속 검지 회로부(44)가 온·오프 신호(MP)의 듀티(DU)를 연산한다.

이로써, 각 급전 영역(AR)의 1차측 금속 검지 코일(La) 및 신호 수신 안테나 코일(A1), 및 기기의 2차측 금속 검지 코일(Lb) 및 신호 송신 안테나 코일(A2)을 생략할 수 있고, 염가의 급전 장치(1)를 실현할 수 있다.

상기 실시예에서는, 시스템 제어부(32)의 부하를 감소시키기 위하여, 각 기본 급전 유닛 회로(4)의 금속 검지 회로부(44)가 온·오프 신호(MP)의 듀티(DU)를 연산하고, 그 연산값(DU)을 시스템 제어부(32)에 공급하였다. 이에 대신하여, 각 기본 급전 유닛 회로(4)의 금속 검지 회로부(44)는 피변조파 신호(Φm)의 복조 신호(DMP)를 시스템 제어부(32)에 공급해도 된다. 그리고, 시스템 제어부(32)가 복조 신호(DMP), 즉 온·오프 신호(MP)의 듀티(DU)를 연산하고, 그 연산값(DU)에 따라 금속편(M)의 유무의 판정(금속 이물질 검출 처리 동작)을 행하도록 해도 된다.

상기 실시예에서는 1차측 금속 검지 코일(La)의 중심을 급전 영역(AR)의 중심과 일치하도록 설치하였으나, 1차측 금속 검지 코일(La)의 중심을 급전 영역(AR)의 중심에서 어긋나게 배치해도 된다.

상기 실시예에서는 금속 검지 회로부(44)의 발진 회로(44a)를 콜피츠 발진 회로로 하였지만, 콜피츠 발진 회로에 한정되는 것이 아니고, 하틀레이(Hartley) 발진 회로 등의, 그 외의 발진 회로라도 된다.

상기 실시예에서는 1차 코일(L1), 2차 코일(L2)의 형상을 사각 형상로 하였으나, 사각 형상에 한정되지 않는다. 예를 들면, 1차 코일(L1), 2차 코일(L2)은, 사각형 이외의 다각형이나 원형 등, 그 외의 형상이라도 된다. 또, 1차 코일(L1), 2차 코일(L2)의 크기도 특히 한정되지 않고, 예를 들면, 1차 코일(L1)의 크기와 2차 코일(L2)의 크기를 상대적으로 상이하게 해도 된다.

또, 1차측 금속 검지 코일(La) 및 2차측 금속 검지 코일(Lb)의 형상도 상기 실시예의 형상에 한정되지 않고, 원형 이외의 사각형 등의 다각형이나 타원형 등, 그 외의 형상이라도 된다.

물론, 신호 수신 안테나 코일(A1) 및 신호 송신 안테나 코일(A2)의 형상도 상기 실시예의 형상에 한정되지 않고, 원형 이외의 사각형 등의 다각형이나 타원형 등, 그 외의 형상으로 실시해도 된다.

상기 실시예에서는 1차 코일(L1)의 수와 1차측 금속 검지 코일(La)의 수를 같은 수로 하였다. 다시 말해, 1개의 1차 코일(L1)에 대하여 1개의 1차측 금속 검지 코일(La), 즉 1개의 급전 영역(AR)에 1개의 1차측 금속 검지 코일(La)를 배치하였다. 그러나, 1차 코일(L1)의 수와 1차측 금속 검지 코일(La)의 수를 동일한 수로 않아도 된다.

예를 들면, 1차 코일(L1)의 수에 대하여 1차측 금속 검지 코일(La)의 수를 적게 해도 된다. 예를 들면, 복수개(예를 들면, 4개)의 1차 코일(L1)에 대하여 1개의 1차측 금속 검지 코일(La)을 할당한다. 이 경우, 복수개의 1차 코일(L1)에 대응하는 복수개의 급전 영역(AR)의 금속 검지가 가능하도록 1개의 1차측 금속 검지 코일(La)의 사이즈를 크게 한다.

상기 실시예에서는 급전 영역(AR)에 맞추어 1차 코일(L1)을 사각 형상으로 형성하고, 각 1차 코일(L1)을 격자형으로 배치하였으나, 1차 코일(L1)의 형상 및 배치는 상기 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 1차 코일(L1)의 형상을 6각 형상으로 해도 되고, 각 1차 코일(L1)을 벌집 형태로 배치해도 된다.

상기 실시예에서는, 탑재면(3)에 기기(E)가 탑재되기까지의 사이, (1) 존재 검지 처리 동작 → (2) 금속 이물질 검출 처리 동작 → (3) 기종 검출 처리 동작 → (1) 존재 검지 처리 동작 → (2) 금속 이물질 검출 처리 동작 → (3) 기종 검출 처리 동작 → ……을 반복 실행하였다.

이것을, (1) 존재 검지 처리 동작 → (3) 기종 검출 처리 동작 → (2) 금속 이물질 검출 처리 동작 → (1) 존재 검지 처리 동작 → (3) 기종 검출 처리 동작 → (2) 금속 이물질 검출 처리 동작 → ……, 과 같은 순서로 반복 실행해도 된다.

또, (1) 존재 검지 처리 동작 → (2) 금속 이물질 검출 처리 동작 → (3) 기종 검출 처리 동작 → (2) 금속 이물질 검출 처리 동작 → (3) 기종 검출 처리 동작 → (2) 금속 이물질 검출 처리 동작 → (3) 기종 검출 처리 동작 → ……,과 같은 순서로 반복 실행해도 된다. 이 경우, 최초의 존재 검지 처리 동작으로 존재가 검지된 경우에는, 이후, 금속 이물질 검출 처리 동작과 기종 검출 처리 동작을 반복함으로써, 1차 코일(L1)의 여자를 정지할 수 있게 된다.

또한, (1) 존재 검지 처리 동작 → (3) 기종 검출 처리 동작 → (2) 금속 이물질 검출 처리 동작 → (3) 기종 검출 처리 동작 → (2) 금속 이물질 검출 처리 동작 → (3) 기종 검출 처리 동작 → (2) 금속 이물질 검출 처리 동작 → ……, 과 같은 순서로 반복 실행해도 된다. 이 경우도 마찬가지로, 최초의 존재 검지 처리 동작으로 존재가 검지된 경우에는, 이후, 금속 이물질 검출 처리 동작과 기종 검출 처리 동작을 반복함으로써, 1차 코일(L1)의 여자를 정지할 수 있게 된다.

상기 실시예에서는, 공통 유닛부(30)에 불휘발성 메모리(33)를 설치하고, 불휘발성 메모리(33)에 금속편(M)의 유무를 판정하기 위한 기준 듀티(DUk)를 기억하였다. 이에 대신하여, 예를 들면, 각 급전 유닛 회로(4)의 듀티 연산 회로(44c)에 기준 듀티(DUk)를 기억해도 된다.

이 경우, 각 급전 유닛 회로(4)의 듀티 연산 회로(44c)가 듀티(DU)를 기준 듀티(DUk)와 비교하여 금속편(M)의 유무를 판정한다. 즉, 각 기본 급전 유닛 회로(4)에서, 금속편(M)의 유무의 판정을 행한다. 그리고, 듀티 연산 회로(44c)는 그 판정 결과를 시스템 제어부(32)에 통지한다.

시스템 제어부(32)는, 그 판정 결과에 따라, 각 기본 급전 유닛 회로(4)의 1차 코일(L1)의 여자 제어를 행한다. 이로써, 시스템 제어부(32)의 부하는 경감된다.

또한, 급전 영역(AR)에 물체(부하)가 탑재되었는지 여부를 판정하기 위한 아래쪽 기준 전압(Vk1) 및 위쪽 기준 전압(Vk2)을 불휘발성 메모리(33)에 기억하였다. 이것을, 예를 들면, 각 급전 유닛 회로(4)의 존재 검지 회로(43c)에 아래쪽 기준 전압(Vk1) 및 위쪽 기준 전압(Vk2)을 기억해도 된다.

이 경우, 각 기본 급전 유닛 회로(4)의 존재 검지 회로(43c)가 존재 검출 전압(Vx)을 아래쪽 기준 전압(Vk1) 및 위쪽 기준 전압(Vk2)과 비교하여 급전 영역(AR) 상의 물체(부하)의 유무를 판정한다. 즉, 각 급전 유닛 회로(4)에서, 물체(부하)의 유무 판정을 행한다. 그리고, 존재 검지 회로(43c)는 그 판정 결과를 시스템 제어부(32)에 통지한다.

이로써, 시스템 제어부(32)의 부하는 더욱 경감된다. 또한, 불휘발성 메모리(33)에 기준 듀티(DUk), 아래쪽 기준 전압(Vk1) 및 위쪽 기준 전압(Vk2)을 기억하는 것을 생략하면, 불휘발성 메모리(33)가 불필요하게 된다. 이로써, 비접촉 급전 장치(1)의 비용 절감을 도모할 수 있다.

상기 실시예에서는, 급전 장치(1)가 대기 상태가 되면, 풀 브리지 회로(43a)의 동작이 풀·브리지 동작에서 하프·브리지 동작으로 전환할 수 있다. 이 하프·브리지 동작에 대신하여, 예를 들면, 대기 중에, 풀 브리지 회로(43a)의 4개의 MOS 트랜지스터(Qa, Qb, Qc, Qd)를 모두 오프해도 된다. 물론, 위쪽의 2개의 MOS 트랜지스터(Qa, Qc)를 오프하고, 아래쪽의 2개의 MOS 트랜지스터(Qb, Qd)를 온하고, 다른 자속과 자기 결합하지 않도록 제어해도 된다.

요점은, 대기 중에 풀 브리지 회로(43a)를 통하여 전원 회로(31)의 전원선과 접지가 단락되지 않도록, 4개의 MOS 트랜지스터(Qa, Qb, Qc, Qd)가 제어되면 된다. 그리고, 이 경우의 최적인 제어 패턴은 실험 등으로 미리 구할 수 있다.

이 구성에서는, 대기 중에 1차측 금속 검지 코일(La)이 금속편(M)의 검지를 위해 발진하고 있을 때에, 인접한 1차 코일(L1)에의 전원 전압(Vdd)이 차단된다. 따라서, 1차 코일(L1)과 공진 커패시터(C)의 직렬 회로를 통한 회생 전류( regenerative current)의 발생이 억제된다. 즉, 1차 코일(L1)에의 전원 전압(Vdd)을 차단함으로써, 금속편(M)의 검지를 위해 발진하고 있는 인접한 1차측 금속 검지 코일(La)과의 자기 결합이 억제된다.

그 결과, 1차측 금속 검지 코일(La)의 발진 에너지가 자기 결합에 의해 약해지는 경우는 없다. 또한, 기기(E)의 변조 회로(20)에 설치한 변조파 신호 생성 회로부(22)의 무안정 멀티바이브레이터(22a)를 구동할 수 없게 되는 경우도 없다. 따라서, 금속편(M)의 검지 정밀도가 저하되지 않는다.

풀 브리지 회로(43a)는 도 15에 나타낸 바와 같이 구성해도 된다. 도 15에 나타낸 바와 같이, 위쪽의 2개의 MOS 트랜지스터(Qa, Qc)의 드레인 단자 사이의 접속점(N1)에 역류 방지용 다이오드(Dx)를 접속한다. 역류 방지용 다이오드(Dx)의 애노드 단자는 전원 회로(31)의 전원선에 접속되어 있다. 역류 방지용 다이오드(Dx)의 캐소드 단자는 접속점(N1)에 접속되어 있다. 따라서, 풀 브리지 회로(43a)에는, 역류 방지용 다이오드(Dx)를 통하여 직류 전압(Vdd)이 인가된다.

MOS 트랜지스터(Qa, Qb, Qc, Qd)에는, 각각 플라이휠용의 다이오드(flywheel diode)(Da, Db, Dc, Dd)가 병렬로 접속되어 있다. 그리고, 이 다이오드(Da, Db, Dc, Dd)를 생략해도, 각 MOS 트랜지스터(Qa, Qb, Qc, Qd)가 보디 다이오드(body diode)를 가지는 것이라면 실질적으로 등가이다.

이와 같이 구성한 풀 브리지 회로(43a)에서, 위쪽의 2개의 MOS 트랜지스터(Qa, Qc)를 오프하고, 아래쪽의 2개의 MOS 트랜지스터(Qb, Qd)를 온시킨다. 이로써, 1차 코일(L1)에의 전원 전압(Vdd)이 차단됨으로써, 금속편(M)의 검지를 위해 발진하고 있는 인접한 1차측 금속 검지 코일(La)과의 자기 결합이 억제된다.

또한, 풀 브리지 회로(43a)와 전원 회로(31)의 전원선 사이에, 역류 방지용 다이오드(Dx)가 접속되어 있다. 그러므로, 전원 회로(31)의 전원선에서 어떠한 요인으로 임피던스가 낮아져 전위가 내려가도, 1차측 금속 검지 코일(La)과의 자기 결합에 의해 1차 코일(L1)에 의해 유기된 전류가 전원 회로(31)의 전원선에 흘러드는 것이 역류 방지용 다이오드(Dx)에 의해 저지된다. 즉, 1차측 금속 검지 코일(La)의 발진 에너지가, 1차 코일(L1)을 통하여 전류가 되어 전원 회로(31)의 전원선에 흘러드는 것을 억제할 수 있다.

그 결과, 1차측 금속 검지 코일(La)의 발진 에너지가 약해지는 경우는 없고, 금속편(M)의 검지 정밀도가 저하되지 않는다.

상기 실시예에서는 듀티 연산 회로(44c)에 의해 연산된 듀티(DU)와 기준 듀티(DUk)를 비교하여, 금속편(M)의 유무 판정을 행하도록 하였다.

그러나, 금속편(M)이 탑재되어 있지 않은 때와 금속편(M)이 탑재되어 있을 때의 온·오프 신호(MP)의 온 시간(t1)(듀티(DU))가 극단적으로 상위한 경우가 있다. 예를 들면, 금속편(M)이 탑재되어 있지 않은 때, 온·오프 신호(MP)의 온 시간(t1)가 매우 짧고, 금속편(M)이 탑재되어 있을 때, 온·오프 신호(MP)의 온 시간(t1)가 매우 긴 경우이다.

이 경우에는, 복조 신호(DMP)의 듀티(DU)에 따른 금속편(M)의 유무 판정이 아니고, 복조 신호(DMP)의 온(하이 레벨) 기간이 긴지, 오프(로우 레벨) 기간이 긴지를 판정하고, 그 판정 결과에 따라 금속편(M)의 유무 판정을 행해도 된다. 이러한 판정 제어의 경우, 듀티(DU)를 연산할 필요가 없기 때문에, 간단한 처리로 금속편(M)의 유무 판정을 행할 수 있다.

상기 실시예에서는 변조 회로(20)의 변조파 신호 생성 회로부(22)를 무안정 멀티바이브레이터(22a)로 구성하였지만, 비교기로 대체해도 된다. 이 경우, 비교기는 정류 회로(21)로부터의 전원 전압(VG)과 미리 정한 전압을 비교하여 온·오프 신호(MP)를 생성해도 된다.

상기 실시예에서는 변조 회로(20)의 정합 회로(MC)를 공진 커패시터(Cx)로 구성하였지만, 그 외의 회로 구성이라도 된다. 또, 변조 회로(20)의 정류 회로(21)를 반파 정류 회로로 구성하였지만, 그 외의 정류 회로라도 된다. 또한, 변조 회로(20)의 변조 회로부(23)를 트랜지스터(Q3)와 다이오드(D1)로 구성하였지만, 그 외의 회로 구성이라도 된다.

상기 실시예에서는 탑재면(3)에 24개의 급전 영역(AR)를 형성하였으나, 급전 영역(AR)의 수는 특정한 수로 한정되지 않는다. 즉, 본 발명은, 1개 이상의 급전 영역(AR)을 구비한 급전 장치(1)에 적용할 수 있다.

본 발명의 실시예를 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 사상을 일탈하지 않고 다양한 변경, 치환, 변형을 행할 수 있다.

Claims

1차 코일을 여자하고, 전기 기기에 설치된 수전 장치의 2차 코일에 대하여, 전자 유도 현상을 이용하여 급전을 행하는 비접촉 급전 장치의 제어 방법으로서,
탑재면 상에 상기 전기 기기가 있을 때, 풀 브리지 회로를 풀·브리지 동작시켜 상기 1차 코일을 여자하는 것; 및
상기 탑재면 상에 상기 전기 기기가 없을 때, 상기 풀 브리지 회로를 하프·브리지 동작시켜 상기 1차 코일을 여자하는 것
을 포함하는 비접촉 급전 장치의 제어 방법.

제1항에 있어서,
상기 탑재면 상에 상기 전기 기기가 있을 때, 상기 풀 브리지 회로의 풀·브리지 동작에 의해 상기 1차 코일이 연속 여자되고,
상기 탑재면 상에 상기 전기 기기가 없을 때, 상기 풀 브리지 회로의 하프·브리지 동작에 의해 상기 1차 코일이 간헐 여자되는, 비접촉 급전 장치의 제어 방법.

1차 코일을 여자하고, 전기 기기에 설치된 수전 장치의 2차 코일에 대하여, 전자 유도 현상을 이용하여 급전을 행하는 비접촉 급전 장치로서,
상기 전기 기기를 탑재하는 탑재면에 구획된 1개 이상의 급전 영역에 대하여 각각 설치되고, 상기 1차 코일을 여자 구동하는 풀 브리지 회로;
상기 탑재면 상의 물체의 유무를 검출하여 검출 신호를 생성하는 검출 회로; 및
상기 풀 브리지 회로를 구동 제어하는 시스템 제어부로서, 상기 검출 신호가 상기 탑재면 상에 상기 전기 기기가 있다는 것을 나타낼 때, 상기 풀 브리지 회로를 풀·브리지 동작시켜 상기 1차 코일을 여자시키고, 상기 검출 신호가 상기 탑재면 상에 상기 전기 기기가 없다는 것을 나타낼 때, 상기 풀 브리지 회로를 하프·브리지 동작시켜 상기 1차 코일을 여자시키는 시스템 제어부
를 포함하는 비접촉 급전 장치.

제3항에 있어서,
상기 시스템 제어부는, 상기 검출 신호가 상기 탑재면 상에 상기 전기 기기가 있다는 것을 나타낼 때, 상기 풀 브리지 회로의 풀·브리지 동작에 의해 상기 1차 코일을 연속 여자시키고, 상기 검출 신호가 상기 탑재면 상에 상기 전기 기기가 없다는 것을 나타낼 때, 상기 풀 브리지 회로의 하프·브리지 동작에 의해 상기 1차 코일을 간헐 여자시키는, 비접촉 급전 장치.