KR20150132583A

KR20150132583A - 송전 장치, 송수전 장치, 수전 장치 검출 방법, 수전 장치 검출 프로그램 및 반도체 장치

Info

Publication number: KR20150132583A
Application number: KR1020157030402A
Authority: KR
Inventors: 마사요시 간노
Original assignee: 데쿠세리아루즈 가부시키가이샤
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2015-11-25
Also published as: CN105210265A; TW201505315A; JP2014187795A; WO2014148315A1; US20160226311A1

Abstract

2차측에 배치되는 장치·기기와 이물질의 판정을 복잡한 회로의 추가를 행하지 않고, 고정밀도로 행할 수 있는 송전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 공진 회로를 구동하는 신호의 구동 주파수를 설정하는 제어부(5a)와, 제어부(5a)의 설정에 기초하여, 3개 이상의 구동 주파수로 공진 회로를 구동하는 인버터부(2)와, 공진 회로의 구동 파형을 검출하는 파형 모니터부(4)를 구비한다. 제어부(5a)는, 기억부(5b)에 저장된 프로그램의 수순에 따라, 3개 이상의 구동 주파수를 설정하여, 구동 파형 검출부에 의해 검출되는 각각의 구동 주파수에 있어서의 신호 데이터를 비교하여, 그 비교 결과에 기초하여, 수전 장치(50)를 검출한다.

Description

송전 장치, 송수전 장치, 수전 장치 검출 방법, 수전 장치 검출 프로그램 및 반도체 장치 {POWER TRANSMISSION DEVICE, POWER TRANSMISSION AND RECEIVING DEVICE, METHOD FOR DETECTING POWER RECEIVING DEVICE, POWER RECEIVING DEVICE DETECTION PROGRAM, AND SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 비접촉 통신 장치로부터 전력을 송전 또는 수전하는 송전 장치, 송수전 장치, 수전 장치 검출 방법, 수전 장치 검출 프로그램 및 반도체 장치에 관한 것이다. 본 출원은, 일본에 있어서 2013년 3월 22일에 출원된 일본 특허 출원 번호 특원 제2013-60646호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 이 출원을 참조함으로써, 본 출원에 원용된다.

전자기 유도를 이용한 비접촉 통신 기술은, FeliCa(등록 상표), Mifare(등록 상표)나 NFC(Near Field Communication) 등의 IC 카드에 활발히 적용되어 왔다. 최근에는, Qi 포맷으로 대표되는 비접촉 충전(급전) 기술에도 적용되어, 확대를 보이고 있다. 비접촉 충전 기술의 분야에서는, 휴대 정보 단말기에의 적용 외에, 전기 자동차 등에 적응하기 위해 자계 공명 방식이라고 불리는 보다 이격된 거리에서도 전력을 전송할 수 있는 기술의 개발도 활발하다. 실제로는, 전자기 유도 방식에 있어서도, 자기 공명 방식에 있어서도, 전력의 송전·수전에는 공진 회로를 사용하므로, 이들을 동등하게 취급할 수 있다.

그런데, 비접촉 IC 카드와 리더 라이터 사이와 같은 비접촉 통신에 있어서도, 비교적 대전력의 송전·수전을 행하는 비접촉 충전과 마찬가지로, 1차측(리더 라이터, 혹은 송전 장치)으로부터 2차측(비접촉 IC 카드, 혹은 수전 장치)에 전력을 전송할 필요가 있다. 그 경우에, 1차측의 2차측에 전력을 전송해야 할 상대(IC 카드, 또는 수전 장치)가 있는지의 여부를 인식할 필요가 있다. 또한, 2차측에 상대가 있었다고 해도, 그 상대가 전력을 전송하는 올바른 상대인지를 인식할 필요가 있다. 예를 들어 도 16에 나타내는 바와 같이, 1차측이 2차측에 검출 신호를 송신함으로써, 2차측을 액티베이트하고(스텝 S20), 2차측의 장치·기기는, 송신되어 온 신호를 전력으로서 기동하고, 1차측에 대해 응답한다(스텝 S21). 그 후, 1차측의 장치는, 2차측의 장치·기기에 대해 기기 인증을 위한 신호를 송출하고, 2차측으로부터의 인증 응답 및 요구 전력 응답을 기다린다(스텝 S22). 1차측의 장치는, 2차측의 장치·기기를 인증할 수 있으면, 요구 전력을 송전하는 수전 모드에 들어가고, 인증 불가하면, 동작 정지 등의 에러 처리를 행한다(스텝 S23). 각각의 비접촉 통신 시스템이나 비접촉 충전 시스템에서는, 이러한 전력 전송의 프로토콜에 고안이 되어 있다.

여기서, 1차측의 장치는, 2차측의 장치·기기가, 언제 1차측의 통신 에어리어에 들어올지 모르므로, 항상 일정한 간격으로 폴링이라고 불리는 2차측의 장치·기기를 검출하기 위한 신호를 발생하고, 송출하고 있다.

이와 같이 상시 폴링을 행하면, 배터리로 동작하는 휴대 전화나 스마트폰 등에서는, 소비 전력이 증대되게 되므로, 최대한 적은 전력 소비로 2차측의 장치·기기의 검출을 행하고자 하는 요구가 강하다.

일본 특허 출원 공개 제2009-033782호 공보

폴링 동작에 의한 전력 소비를 억제하기 위해서는, 폴링 주기를 길게 하거나, 혹은 폴링의 송신 전력의 출력을 낮추는 등의 방책이 생각된다. 그러나, 폴링 주기를 길게 하면, 검출 시간이 길어지고, 송신 전력을 낮추면, 검출 범위가 좁아지게 된다.

2차측의 응답을 기다리지 않고, 2차측의 장치·기기의 검출을 행하도록 하면, 폴링당 송신 시간을 짧게 할 수 있다.

2차측의 장치·기기가 1차측의 장치의 통신 에어리어 내에 들어가면, 1차측과 2차측의 자기적 결합이 발생하고, 1차측의 안테나에 흐르는 전류가 작아지거나, 전류 파형이 변화한다. 그러나 2차측에 금속판 등의 이물질이라도, 자기 결합을 하므로, 1차측의 파형 변화를 발생시키게 된다. 이러한 전력을 전송하지 말아야 하는 상대에 대해, 1차측의 장치가 「이물질」이라고 인식하여 송전을 행하지 않도록 할 필요가 있다.

예를 들어 특허문헌 1에서는, 상술한 바와 같은 1차측의 전류가 변화하는 특성을 이용하여, 2차측의 금속 등의 이물질을 검출하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법에서는, 1차측의 공진 주파수와 통상 동작 시의 동작 주파수 사이의 주파수에 있어서, 안테나에 흐르는 전류 파형의 상이를 검출하기 위해, 전류 파형을 취득하고, 판정을 하는 회로의 구성이 복잡해진다고 하는 문제가 있다. 또한, 2차측에 배치되는 장치·기기가 갖는 공진 주파수의 편차나 변동에 대해 보정하기 위해 회로가 더 복잡해져, 조정이 곤란해진다고 하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 2차측에 배치되는 장치·기기와 이물질의 판정을 복잡한 회로의 추가를 행하지 않고, 고정밀도로 행할 수 있는 송전 장치, 송수전 장치, 수전 장치 검출 방법, 수전 장치 검출 프로그램 및 반도체 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제의 해결 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 송전 장치는, 공진 회로를 사용하여 비접촉으로 수전 장치와 전력의 전송을 행하는 송전 장치이다. 이 송전 장치는, 공진 회로를 구동하는 신호의 구동 주파수를 설정하는 제어부와, 제어부의 설정에 기초하여, 3개 이상의 구동 주파수로 공진 회로를 구동하는 구동부와, 공진 회로의 구동 파형을 검출하는 구동 파형 검출부를 구비한다. 그리고, 제어부는, 3개 이상의 구동 주파수를 설정하여, 구동 파형 검출부에 의해 검출되는 각각의 구동 주파수에 있어서의 신호 데이터를 비교하여, 그 비교 결과에 기초하여, 수전 장치를 검출한다.

또한, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 송수전 장치는, 공진 회로를 사용하여 비접촉으로 수전 장치 또는 다른 송수전 장치와 전력의 전송을 행하는 송수전 장치이다. 이 송수전 장치는, 공진 회로를 구동하는 신호의 구동 주파수를 설정하는 제어부와, 제어부의 설정에 기초하여, 3개 이상의 구동 주파수로 공진 회로를 구동하는 구동부와, 공진 회로의 구동 파형을 검출하는 구동 파형 검출부를 구비한다. 그리고, 제어부는, 3개 이상의 구동 주파수를 설정하여, 구동 파형 검출부에 의해 검출되는 각각의 구동 주파수에 있어서의 신호 데이터를 비교하여, 그 비교 결과에 기초하여, 수전 장치 또는 다른 송수전 장치를 검출한다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따른 수전 장치 검출 방법은, 공진 회로를 사용하여 비접촉으로 송전 장치로부터 수전 장치에 전력의 전송을 행하는 경우에, 수전 장치의 유무를 검출하는 수전 장치 검출 방법이다. 이 수전 장치 검출 방법은, 제어부에 의해, 공진 회로를 구동하는 신호의 구동 주파수를 설정하고, 구동부에 의해, 제어부의 설정에 기초하여, 3개 이상의 구동 주파수로 공진 회로를 구동하고, 구동 파형 검출부에 의해, 공진 회로의 구동 파형을 검출한다. 그리고, 제어부는, 3개 이상의 구동 주파수를 설정하여, 구동 파형 검출부에 의해 검출되는 각각의 구동 주파수에 있어서의 신호 데이터를 비교하여, 그 비교 결과에 기초하여, 수전 장치를 검출한다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따른 수전 장치 검출 프로그램은, 프로그램을 저장하는 기억부와, 저장된 프로그램을 전개하여 실행하는 처리 유닛을 갖는 제어부를 구비하는 비접촉 충전용의 수전 장치의 수전 전력 조정 프로그램이며, 공진 회로를 사용하여 비접촉으로 송전 장치로부터 수전 장치에 전력의 전송을 행하는 경우에, 수전 장치의 유무를 검출하는 수전 장치 검출 프로그램이다. 이 수전 장치 검출 프로그램은, 제어부에 의해, 공진 회로를 구동하는 신호의 구동 주파수를 설정하는 스텝과, 구동부에 의해, 제어부의 설정에 기초하여, 3개 이상의 구동 주파수로 공진 회로를 구동하는 스텝과, 구동 파형 검출부에 의해, 공진 회로의 구동 파형을 검출하는 스텝을 갖는다. 그리고, 제어부는, 3개 이상의 구동 주파수를 설정하여, 구동 파형 검출부에 의해 검출되는 각각의 구동 주파수에 있어서의 신호 데이터를 비교하여, 그 비교 결과에 기초하여, 수전 장치를 검출한다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따른 반도체 장치는, 수전 장치 검출 프로그램을 저장하는 기억부를 구비한다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따른 반도체 장치는, 수전 전력 조정 프로그램을 전개하여 실행하는 제어부를 더 구비한다.

본 발명에서는, 3개 이상의 구동 주파수로 공진 회로를 구동하므로, 수전 장치가 배치되었을 때와, 금속 등의 이물질이 배치되었을 때의 구동 전류 파형의 상이가 명확하며, 단시간에 또한 용이하게 수전 장치의 검출을 할 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용된 일 실시 형태에 따른 송전 장치의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 2a는 본 발명이 적용된 일 실시 형태에 따른 수전 장치를 포함하는 전력 전송 시스템의 주요부의 구성예를 나타내는 블록도이다. 도 2b는 도 2a의 세부인 공진 회로의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 3a 및 도 3b는 공진 회로의 공진 주파수를 변경하기 위한 구성예를 나타내는 회로도이다. 도 3a는 공진 콘덴서에 가변 용량 콘덴서를 사용한 경우를 나타내고, 도 3b는 공진 콘덴서에 고정 콘덴서를 사용한 경우의 예를 나타낸다.
도 4a는 가변 용량 콘덴서의 정전 용량의 직류 바이어스 의존성의 일례를 나타내는 그래프이며, 도 4b는 도 4a의 가변 용량 콘덴서를 사용한 공진 회로의 공진 주파수의 직류 바이어스 의존성의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 송전측 및 수전측의 회로에 흐르는 전류값의 주파수 특성을 나타내는 개념도이다. 도 5a는 주파수 특성을 갖지 않는 금속을 수전측에 배치하는 경우, 도 5b는 수전측에 송전측과 동일한 공진 주파수를 갖는 공진 회로를 배치한 경우의 송전측의 주파수 특성의 변화의 유무를 나타낸다.
도 6a는 수전측에 금속을 배치한 경우의 송전측의 공진 회로에 흐르는 전류의 주파수 특성의 실측값을 나타내고, 도 6b는 수전측에 송전측과 동일한 공진 주파수를 갖는 공진 회로를 배치한 경우의 송전측의 주파수 특성의 실측값을 나타낸다.
도 7은 약결합 시에 있어서의 송전측 및 수전측의 회로에 흐르는 3개의 구동 주파수에 있어서의 전류값의 주파수 특성을 나타내는 개념도이다.
도 8은 약결합 시에 수전측의 장치를 검출하기 위해, 송전측의 공진 회로의 공진 주파수를 바꾸어, 각각의 공진 회로에 있어서의 전류의 주파수 특성의 실측값이며, 수전측에 금속을 배치한 경우의 그래프이다.
도 9는 약결합 시에 수전측의 장치를 검출하기 위해, 송전측의 공진 회로의 공진 주파수를 바꾸어, 각각의 공진 회로에 있어서의 전류의 주파수 특성의 실측값이며, 수전측에 송전측의 공진 주파수와 동일한 주파수의 공진 회로를 배치한 경우의 그래프이다.
도 10은 약결합 시에 수전측의 장치를 검출하기 위해, 송전측의 공진 회로의 공진 주파수를 바꾸어, 각각의 공진 회로에 있어서의 전류의 주파수 특성의 실측값이며, 수전측에 송전측의 공진 주파수보다도 높은 주파수의 공진 회로를 배치한 경우의 그래프이다.
도 11a 및 도 11b는 수전측의 장치가 송전측의 장치에 시간의 경과와 함께 거리가 짧아지는 경우의 검출 수순을 설명하기 위한 도면이다. 도 11a는 3개의 구동 주파수 f01, f0, f02 중 f0을 최초에 행하는 경우를 나타내고, 도 11b는 3개의 구동 주파수 f01, f0, f02 중 f0을 마지막에 행하는 경우를 나타낸다.
도 12a∼도 12e는 송전측의 공진 회로에 흐르는 전류를 동일한 주파수 특성상에서 비교한 검출 패턴을 나타낸다. 도 12a는 우측 상향 패턴을 나타내고, 도 12b는 우측 하향 패턴을 나타내고, 도 12c는 위로 볼록한 패턴을 나타내고, 도 12d는 아래로 볼록한 패턴을 나타내고, 도 12e는 편평한 패턴을 나타낸다.
도 13a∼도 13d는 송전측의 공진 회로의 공진 주파수를 바꾸어, 각각 도 12의 패턴을 적용한 경우의 약결합용 패턴을 나타낸다. 도 13a는 각 공진 회로에 흐르는 전류의 최댓값이 편평해지는 경우의 약결합용 패턴을 나타내고, 도 13b는 중심의 공진 주파수(수전측의 공진 주파수와 동등함)를 갖는 공진 회로에 흐르는 전류의 최댓값이 다른 것보다도 낮아지는 경우의 약결합용 패턴을 나타내고, 도 13c는 공진 회로의 공진 주파수가 높아짐에 따라, 흐르는 전류의 최댓값이 낮아지는 경우의 약결합용 패턴을 나타내고, 도 13d는 공진 회로의 공진 주파수가 높아짐에 따라, 흐르는 전류의 최댓값이 높아지는 경우의 약결합용 패턴을 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 수전 장치 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 송수전 장치의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 16은 종래의 비접촉 충전 장치나 비접촉 통신 장치에 있어서 사용되는 수전 장치의 검출 수순을 나타내는 흐름도이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시 형태만으로 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 다양한 변경이 가능한 것은 물론이다. 또한, 설명은, 이하의 순서에 따라 행한다.

1. 송전 장치의 구성예

2. 송전 장치의 원리 및 동작

2-1. 수전 장치 및 이물질의 경우 각각의 안테나 전류의 주파수 특성의 상이

2-2. 약결합 시에 있어서의 안테나 전류의 주파수 특성의 상이의 검출

2-3. 수전 장치측의 공진 주파수 어긋남

2-4. 결합 계수가 변화하는 경우의 안테나 전류의 주파수 특성의 상이의 검출

2-5. 검출 패턴의 설정

3. 수전 장치의 검출 방법

4. 송수전 장치의 구성예

1. 송전 장치의 구성예

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명이 적용된 일 실시 형태에 따른 송전 장치(1)는, 수전 장치(50)가 구비하는 2차측 안테나(52a)와 전자계 결합하는 1차측 안테나(3a)를 갖는 송수신부(3)를 구비한다. 또한, 송전 장치(1)는, 상용 전원(6)(혹은 태양광 발전 출력의 직류 전력이어도 됨)을 소정의 구동 주파수로 변환하여, 송수신부(3)의 1차측 안테나(3a)를 구동하는 인버터부(2)를 구비한다. 또한, 송전 장치(1)는, 1차측 안테나(3a)의 전류 파형을 취득하는 파형 모니터부(4)와, 파형 모니터부(4)에 의해 취득된 전류값에 기초하여, 인버터부(2)에 대해 구동 주파수의 설정을 행하는 제어 시스템부(5)를 구비한다.

송수신부(3)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 1차측 안테나(3a)와, 1차측 안테나(3a)의 인덕턴스와 함께 공진 주파수를 결정하는 공진 콘덴서로서의 가변 용량 콘덴서(VAC)를 갖는다. 또한, 2차측[수전 장치(50)]의 송수신부(52)에 대해서도, 도 2에 나타내는 바와 같이, 마찬가지의 구성을 갖고 있으며, 2차측 안테나(52a)와, 2차측 안테나(52a)의 인덕턴스와 함께 2차측의 공진 주파수를 결정하는 공진 콘덴서로서의 가변 용량 콘덴서(VAC)를 갖는다. 또한, 비접촉 통신용의 IC 카드의 경우에는, 공진 콘덴서는 고정되어 있다.

보다 상세하게는, 도 3a 및 도 3b에 나타내는 바와 같이, 송전 장치(1)의 1차측 안테나(3a)와 공진 콘덴서로서의 가변 용량 콘덴서(3b)는, 공진 회로를 구성한다. 후술하는 바와 같이, 이 공진 회로의 공진 주파수는, 1차측[송전 장치(1)]의 제어 시스템부(5)의 지시에 의해, 가변 용량 콘덴서(3b)의 양단부의 직류 바이어스 전압을 변경함으로써 설정값의 변경을 할 수 있다. 또한, 2차측[수전 장치(50)]의 공진 주파수에 대해서도 2차측 안테나(52a)에 접속되는 가변 용량 콘덴서(52b)가, 2차측의 제어 시스템부(55)의 지시에 기초하여 용량값이 변경되고, 공진 주파수를 바꿀 수 있도록 되어 있어도 된다.

도 3a에 나타내는 바와 같이, 1차측 안테나(3a)[인덕턴스(L1)]에, 직렬 또는 병렬로 공진 콘덴서가 접속되고, 도면에서는 병렬로 가변 용량 콘덴서(C2)(11b)가 접속되는 예가 나타내어져 있다. 가변 용량 콘덴서(C2)(11b)의 양단부에는, 저항(R1, R2)을 통해 직류의 가변 전원인 제어 전원이 접속된다. 저항(R1, R2)은, 제어 전원에 안테나측의 교류 전류가 유입되지 않도록 충분히 큰 저항값의 것이 선정된다. 여기서, 2개의 콘덴서(C1, C3)는, 제어 전원으로부터의 직류가, 안테나측에 유입되지 않도록 하기 위한 교류 커트용의 콘덴서이며, 고정 콘덴서여도 되고, 가변 용량 콘덴서(C2)(11b)의 용량값보다도 충분히 큰 용량값의 것이 선정된다.

제어 전압의 값을 바꾸면, 가변 용량 콘덴서(C2)(11b)의 양단부에 인가되는 직류 전압이 바뀌고, 이에 따라 용량값이 변화한다. 가변 용량 콘덴서(C2)(11b)의 용량값은, 도 4a에 나타내는 바와 같이, 양단부에 인가되는 직류 바이어스 전압에 대해 부(마이너스)의 계수를 갖는다. 따라서, 양단부에 인가하는 직류 바이어스 전압을 증가시키면, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 공진 주파수를 높게 할 수 있다. 또한, 2차측의 안테나부(52a)의 공진 주파수도 1차측의 안테나부(3a)와 마찬가지로 변경할 수 있는 것은 물론이다.

또한, 공진 콘덴서의 용량값을 변경하여 안테나부(3)의 공진 주파수를 변경하기 위해서는, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 복수의 고정 콘덴서를 병렬로 접속하고, 이들 고정 콘덴서(C4, C5, C6)를 트랜지스터 스위치(Tr1, Tr2)의 ON/OFF의 조합에 의해 전환할 수도 있다. 제어 전압의 설정 및 출력은, 제어부(5a)에 있어서 이루어진다.

인버터부(2)는, 상용 전원(6)이 입력되어, 최초로 일단 직류로 변환하기 위한 정류 평활 회로를 갖고, 변환된 직류를 제어부(5a)에 의해 설정된 구동 주파수의 바람직하게는 정현파로 1차측 안테나부(3a)를 구동한다. 구동부의 회로 구성은, 안테나부(3a)를 구동하는 전력에 따라, 하프 브리지, 풀 브리지 구성 등 임의로 설정할 수 있고, 안테나부(3a)에 인가되는 전압, 흘리는 전류에 대응하는 트랜지스터를 선정하여, 조합하면 된다.

파형 모니터부(4)는, 안테나부(3a)에 흐르는 전류를 측정하고, 바람직하게는 그 전류의 피크값을 유지한다. 전류의 측정에는, 안테나부(3a)의 코일에 직렬로 삽입한 저항에 의해 전압을 측정해도 되고, 홀 소자 등에 의해 검출해도 되고 다른 주지의 수단을 사용하면 된다. 취득한 피크 전류값은, 바람직하게는 A/D 변환기에서 디지털 신호로 변환하고, 제어부(5a)의 지시에 기초하여 기억부(5b)에 저장하도록 해도 된다. 또한, 파형 모니터부(4) 자신이 갖는 일시 기억부에 저장하도록 해도 된다. 또한, 파형 모니터부(4)에 의해 취득하는 안테나부(3a)를 포함하는 공진 회로의 특성에 대해서는, 전류의 피크값, 실효값 등 임의로 설정할 수 있고, 전류값의 측정에 한하지 않고, 전압의 피크값, 실효값 등을 취득하도록 해도 되는 것은 물론이다.

제어 시스템부(5)는, 바람직하게는, 송전 장치(1)의 동작 수순을 나타내는 프로그램이 기입되어 있는 기억부(5b)와, 기억부(5b)의 수순에 따라 송전 장치(1)의 동작을 제어하는 제어부(5a)를 포함하고 있다. 제어부(5a)는, 예를 들어 CPU(Central Processing Unit)나 마이크로 콘트롤러이다. 기억부(5b)는, 예를 들어 마이크로 콘트롤러에 탑재된 마스크 ROM이어도 되고, EPROM, EEPROM 등이어도 된다. 또한, 이들에 한정되는 것은 아니다.

제어 시스템부(5)를 구성하는 제어부(5a)는, 기억부(5b)에 저장된 프로그램에 따라, 안테나부(3a)를 구동하는 구동 주파수를 인버터부(2)에 대해 설정한다. 인버터부(2)는, 설정된 구동 주파수의 정현파로 발진하고, 안테나부(3a)를 구동한다. 수전 장치(50)가, 송전 장치(1)의 통신 에어리어에 있는 경우에는, 2차측의 안테나부(52a)에 의한 공진 회로의 존재에 의해 안테나부(3a)에 흐르는 전류에 변화가 발생하고, 이것을 파형 모니터부(4)에서 취득한다. 혹은, 수전 장치(50)의 위치에 금속 등의 이물질이 있는 경우에도, 그 전류값의 피크값을 파형 모니터부(4)에 의해 취득한다.

제어 시스템부(5)에서는, 제어부(5a)가, 기억부(5b)에 저장된 프로그램에 따라, 구동 주파수를 변경하고, 변경한 구동 주파수에 대한 안테나부(3a)의 전류의 피크값을 취득하는 것을 소정의 횟수 반복하고, 공진 회로에 흐르는 전류의 주파수 특성을 취득한다. 취득한 구동 주파수에 대한 피크 전류값을 각각 비교하여, 검출 패턴으로 함으로써, 미리 기억부(5b) 등에 설정하고 있는 수전 장치의 유무에 대한 피크 전류값의 검출 패턴과 비교함으로써, 수전 장치의 유무를 제어부(5a)에 있어서 판정한다.

2. 송전 장치의 원리 및 동작

이하에서는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 송전 장치가, 수전 장치의 유무를 판정하기 위한 원리에 대해, 몇 개의 경우로 나누어, 그 동작과 함께 설명한다.

도 5a 및 도 5b는, 1차측의 송전 장치(1)의 공진 회로를 구성하는 안테나부(3a)에 흐르는 전류의 주파수 특성과, 2차측의 수전 장치(50)의 안테나부(52a) 또는 금속(이물질)에 흐르는 전류의 주파수 특성의 개략을 나타낸다. 상측의 도면이 수전·이물질의 측이며, 하측의 도면이 송전측의 주파수 특성이다.

도 5a에는, 2차측에 금속이 배치된 경우의 송전 장치(1)의 안테나부(3a)에 흐르는 전류의 주파수 특성의 개요를 나타낸다. 1차측의 송전 장치(1)는, 안테나부(3a)가 공진 주파수 f0의 공진 회로를 구성하고 있고, 공진 회로의 주파수 특성은, 공진 주파수 f0을 피크로 하는 단봉 특성을 나타내는 것으로 한다. 2차측에 금속을 배치하는 것을 생각하면, 금속의 공진 주파수는, 일반적인 비접촉 통신 장치나 충전 장치의 구동 주파수, 공진 주파수에 사용되는 주파수(RFID에 사용되는 주파수는 13.56㎒ 등)에 비해 상당히 높으므로, 거의 평탄한 주파수 특성으로 된다. 이러한 금속을 2차측에 배치한 경우에는, 1차측의 공진 회로를 그 공진 주파수 f0으로 구동해도, 1차측의 공진 회로의 주파수 특성에 따르는 특성이 취득되는 것에 지나지 않고, 즉, 안테나부(3a)의 주파수 특성 자체가 취득된다.

한편, 도 5b에 나타내는 바와 같이, 2차측에 1차측의 공진 주파수와 동일한 공진 주파수를 갖는 공진 회로를 구비하는 수전 장치를 배치하는 것을 생각한다. 그러면, 파선과 같은 단봉 특성을 나타내는 1차측의 공진 회로의 주파수 특성이, 굵은 선과 같은 쌍봉 특성을 나타내게 된다. 1차측의 송전 장치(1)의 공진 주파수와 동일한 공진 주파수의 공진 회로를 갖는 수전 장치(50)를 2차측에 배치하면, 1차측의 안테나부(3a)에 흐르는 전류에 현저한 파형의 변화가 나타나게 된다.

도 6a는, 2차측에 코일을 배치한 경우의 1차측의 안테나부(3a)의 전류의 주파수 특성의 실측값을 플롯한 것이다. 도면에 나타내는 K는, 1차측 안테나부(3a)와 2차측 안테나부(52a)의 결합의 강도를 나타내는 결합 계수이다. 1차측 및 2차측 안테나부(3a, 52a)의 자기 인덕턴스를 각각 L1, L2로 하고, 각각의 상호 인덕턴스를 M으로 하면, 이하의 관계가 성립한다.

M＝K·(L1×L2)^0.5

K가 커질수록, 1차측과 2차측의 결합이 강한 것을 나타낸다. 도 6a에 나타내는 바와 같이, K＝0.1일 때에 비해, K＝0.2, 0.4, 0.6로 결합 계수가 커짐에 따라, 보다 큰 전력이 2차측에 전송되고 있으므로, 주파수 특성의 피크는 저하된다.

다음으로, 도 6b에는, 2차측에 1차측과 동일한 공진 주파수의 공진 회로를 배치한 경우의 1차측 안테나부(3a)의 전류의 주파수 특성의 실측값을 플롯한 것을 나타낸다. K＝0.2 이상에서는, 전류의 주파수 특성이 2개의 피크를 갖는 쌍봉 특성을 나타내고 있는 것이 나타내어진다.

이와 같이 하여, 1차측의 공진 회로에 흐르는 전류의 주파수 특성이, 단봉 특성으로 되는지, 쌍봉 특성으로 되는지를 판정하면, 2차측에 수전 장치가 배치된 것인지, 수전 장치 이외의 금속 등이 배치된 것인지를 검출할 수 있다.

보다 구체적으로는, 공진 회로에 흐르는 전류의 주파수 특성을 취득하기 위해, 도 7에 나타내는 바와 같이, 공진 회로의 공진 주파수 f0을 중심으로 하여, Δf만큼 낮은 주파수 f01의 신호 1로 공진 회로를 구동(이러한 주파수를 구동 주파수라 하는 것으로 함)하고, 또한 공진 주파수 f0보다도 Δf만큼 높은 구동 주파수 f02의 신호 2로 공진 회로를 구동한다. 그러면, 도 7의 하측의 도면의 굵은 선과 같이, 공진 주파수 f0일 때의 전류값과 비교함으로써, 구동 주파수 f01, f02를 적절하게 선택함으로써, 공진 회로의 주파수 특성이 쌍봉 특성인지의 여부를 판정할 수 있다. 또한, 전류값을 취득하기 위한 구동 주파수의 설정값을 더욱 증가시키거나, 구동 주파수를 아날로그적으로 변화시켜, 구동 주파수에 대응하는 전류값을 취득하도록 해도 되는 것은 물론이다.

상술한 바와 같이, 1차측의 공진 회로를 구성하는 안테나부(3a)에 흐르는 전류의 주파수 특성을 측정하고, 피크가 1개(단봉 특성)인지 2개(쌍봉 특성)인지를 판정함으로써, 수전 장치의 유무를 검출할 수 있지만, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 1차측과 2차측의 결합이 약한 경우(K＝0.1)에는, 2차측에 수전 장치가 배치되어도, 쌍봉 특성이 나타나지 않고, 수전 장치 이외의 금속 등 이물질과의 차이를 검출할 수 없다.

따라서, 1차측의 공진 조건을 변경하여 공진 회로의 공진 주파수를 바꾼다. 그리고, 각각의 공진 주파수를 갖는 공진 회로에 흐르는 전류의 주파수 특성을 취득한다. 그러면, 2차측의 수전 장치(50)의 공진 회로는, 1차측의 원래의 공진 주파수 f0과 동등한 공진 주파수를 갖고 있으면, 결합이 약하다고는 해도, 공진 주파수 f0 부근에서는 전력 전송이 행해지고, 1차측의 공진 회로에 흐르는 전류는, 다른 주파수에서의 전류값보다도 작아진다.

도 8에는, 2차측에 코일을 배치하고, 결합 계수 K＝0.1로 한 경우의 1차측의 안테나부(3a)에 흐르는 전류의 주파수 특성의 실측값을 플롯한 그래프를 나타낸다. 여기서, 2차측의 코일은, 공진 회로를 구성하지 않는 것으로 한다. 안테나부(3a)를 포함하는 공진 회로의 공진 주파수 f0은, RFID에 있어서 일반적으로 사용되는 13.56㎒로 하였다. 도 8 중의 실선의 그래프는, 공진 주파수 f0(＝13.56㎒)의 공진 회로에 흐르는 전류 i의 주파수 특성이다. 파선의 그래프는, f0보다도 Δf(＝1㎒)만큼 낮은 공진 주파수 f01(＝12.56㎒)의 공진 회로에 흐르는 전류 i1의 주파수 특성이다. 1점 쇄선의 그래프는, f0보다도 Δf만큼 높은 공진 주파수 f02(＝14.56㎒)의 공진 회로에 흐르는 전류 i2의 주파수 특성이다. 또한, 설정하는 주파수에 대해서는, 사용하는 공진 회로의 주파수 특성에 따라 설정하면 되고, 또한 비접촉 전력 전송 시스템에서 사용되는 120㎑ 등 용도에 맞추어 임의로 설정할 수 있는 것은 물론이다.

공진 주파수 f0의 공진 회로에 흐르는 전류 i의 주파수 특성에 있어서, 주파수가 f0일 때에 전류 i(f0)은 최댓값에 가까워진다. 따라서, i(f0)과, 주파수 f01일 때의 전류 i(f01) 및 주파수 f02일 때의 전류 i(f02)의 대소 관계는 이하와 같이 된다.

공진 주파수 f01의 공진 회로에 흐르는 전류 i1의 주파수 특성에 있어서, 주파수가 f01일 때에 전류 i1(f01)은 최댓값에 가까워진다. 따라서, i1(f0)과, i1(f01)과, i1(f02)의 각각의 대소 관계는 이하와 같이 된다.

마찬가지로 하여, 공진 주파수 f02의 공진 회로에 흐르는 전류 i2의 주파수 특성에 있어서, 주파수가 f02일 때에 전류 i2(f02)는 최댓값에 가까워진다. 따라서, i2(f0)과, i2(f01)과, i2(f02)의 각각의 대소 관계는 이하와 같이 된다.

2차측의 회로에는, 주파수 특성이 없으므로, 상술한 3개의 주파수 특성에 있어서의 전류의 최댓값은 거의 동등해진다.

다음으로, 도 9에는, 2차측에, 1차측의 공진 주파수 f0과 동등한 공진 주파수를 갖는 공진 회로를 배치한 경우의 1차측의 안테나부(3a)에 흐르는 전류의 주파수 특성의 실측값을 플롯한 그래프를 나타낸다. 안테나부(3a)를 포함하는 공진 회로의 공진 주파수 f0은, 도 8의 경우와 마찬가지로, RFID에 있어서 일반적으로 사용되는 13.56㎒로 하고 있다. 도 9 중의 실선의 그래프는, 공진 주파수 f0(＝13.56㎒)의 공진 회로에 흐르는 전류 i의 주파수 특성이다. 파선의 그래프는, f0보다도 Δf(＝1㎒)만큼 낮은 공진 주파수 f01(＝12.56㎒)의 공진 회로에 흐르는 전류 i1의 주파수 특성이다. 1점 쇄선의 그래프는, f0보다도 Δf만큼 높은 공진 주파수 f02(＝14.56㎒)의 공진 회로에 흐르는 전류 i2의 주파수 특성이다.

공진 주파수 f0의 공진 회로에 흐르는 전류 i의 주파수 특성에 있어서는, 도 8의 경우와 마찬가지의 결과로 된다. 즉, i(f0)과, 주파수 f01일 때의 전류 i(f01) 및 주파수 f02일 때의 전류 i(f02)의 대소 관계는 상술한 (1)식의 관계로 된다.

마찬가지로, 공진 주파수 f01의 공진 회로에 흐르는 전류 i1의 주파수 특성에 관해서는, f0, f01, f02에 있어서의 각각의 전류값 i1(f0), i1(f01), i1(f02)의 대소 관계는, (2)식의 관계로 된다.

공진 주파수 f02의 공진 회로에 흐르는 전류 i2의 주파수 특성에 관해서도, f0, f01, f02에 있어서의 각각의 전류값 i2(f0), i2(f01), i2(f02)의 대소 관계는, (3)식의 관계로 된다.

한편, 각 주파수에 있어서의 전류의 피크값 i(f0), i1(f01), i2(f02)의 대소 관계는, 이하와 같이 된다.

2차측의 공진 회로의 공진 주파수 f0이 1차측의 공진 회로의 공진 주파수 f0과 동일하므로, 그 주파수 f0에서는, 1차측으로부터 2차측으로 전력 전송이 행해지기 위해 1차측의 공진 회로의 전류 피크값은 감소하고, 2차측의 공진 주파수 f0으로부터 어긋남에 따라, 전류의 피크값이 증가하는 것이 나타난다.

상술한 바와 같이, 3개의 다른 공진 주파수를 갖는 공진 회로의 각각에 대해, 3개의 구동 주파수를 설정하여 주파수 특성을 취득하고, 각각의 공진 회로에 대한 전류의 최댓값에 변화가 없는 경우에는, 2차측에 배치된 것은, 수전 장치(50)가 아니라, 금속 등의 이물질이라고 판정할 수 있다.

2-3. 수전 장치측의 공진 주파수 어긋남

2차측(수전 장치측)에 비접촉 IC 카드가 배치되는 경우도 있지만, 비접촉 IC 카드에서는, 통신 포맷이 다른 IC 카드 등에 겹쳐 배치되거나, 자계를 차폐하는 금속제의 물품과 함께 들고 다니는 경우가 많고, 이들을 고려하여 공진 회로의 공진 주파수를 높게 설정하는 경우가 많다.

상술한 바와 같이, 2차측의 공진 회로의 공진 주파수와 1차측의 공진 주파수가 동등하면, 전력 전송이 발생하므로, 1차와 2차의 결합이 강한 경우에는(예를 들어 K가 0.2 이상), 1차측의 공진 회로에 흐르는 전류의 주파수 특성에는, 단순한 금속 등의 이물질과는 현저한 상이가 있다. 또한, 1차와 2차의 결합이 약하고, 결합 계수가 작은 경우라도(예를 들어 K가 0.1 정도), 1차측의 공진 회로의 공진 주파수를 원래의 공진 주파수와는 바꾸어, 전류의 주파수 특성을 취득함으로써, 이물질과의 주파수 특성의 상이를 검출할 수 있었다.

또한 본 발명에서는, 상술한 바와 같은 사정에서 공진 주파수가 높게 설정된 비접촉 IC 카드가 2차측에 배치된 경우라도, 금속 등의 이물질과의 주파수 특성의 상이를 발생시키고, 검출이 가능하다.

2차측의 공진 주파수를 16㎒로 설정하고, 1차측의 공진 주파수를 도 8, 9의 경우와 마찬가지로 13.56㎒로 설정하여, 1차측의 공진 회로에 흐르는 전류의 주파수 특성을 실측하였다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 공진 주파수 f0의 공진 회로에 흐르는 전류 i의 주파수 특성에 있어서는, 도 8의 경우와 마찬가지의 경향으로 된다. 즉, i(f0)과, 주파수 f01일 때의 전류 i(f01) 및 주파수 f02일 때의 전류 i(f02)의 대소 관계는 상술한 (1)식의 관계로 된다.

공진 주파수 f01의 공진 회로에 흐르는 전류 i1의 주파수 특성에 관해서는, f0, f01, f02에 있어서의 각각의 전류값 i1(f0), i1(f01), i1(f02)의 대소 관계는, 상술한 (2)식의 관계로 된다.

공진 주파수 f02의 공진 회로에 흐르는 전류 i2의 주파수 특성에 관해서도, f0, f01, f02에 있어서의 각각의 전류값 i2(f0), i2(f01), i2(f02)의 대소 관계는, 상술한 (3)식의 관계로 된다.

한편, 각 주파수에 있어서의 전류의 최댓값 i(f0), i1(f01), i2(f02)의 대소 관계는, 이하와 같이 된다.

f01, f0, f02 모두, 2차측의 공진 주파수 f0'보다도 낮으므로, (6)식의 대소 관계의 순서대로 1차와 2차의 결합이 강해지고, 1차측의 전류의 피크값이 저하되는 경향이 나타난다.

또한, 2차측의 장치·기기의 공진 주파수가 1차측의 공진 주파수보다도 낮게 설정되어 있는 경우에는, 상술한 경우와 마찬가지로 생각하면, (6)식의 대소 관계의 순서대로 1차와 2차의 결합이 약해지므로, 1차측의 전류의 피크값은, 상승하는 경향으로 된다.

비접촉 IC 카드나, 휴대 전화 등으로 비접촉 IC 카드의 기능을 실현하기 위해 탑재되는 비접촉 통신 모듈의 이용 형태를 고려하면, 이들 장치·기기와, 송전 장치 또는 리더 라이터와 같은 송신 장치의 거리는, 시간적으로 변화하는 것이 생각된다. 일반적으로는, 비접촉 IC 카드 등을 리더 라이터에 근접시키면서, 결합시키는 경우가 많다. 그러면, 1차와 2차의 거리가 시간과 함께 짧아지므로, 결합 계수는 시간과 함께 커진다.

도 11a 및 도 11b에 나타내는 바와 같이, 결합 계수 K는, 시간과 함께 커지고, 1차측의 공진 회로에 흐르는 전류의 주파수 특성은, 실선의 그래프, 파선의 그래프, 1점 쇄선의 그래프의 순으로 시간과 함께 변화한다.

이와 같이 변화하는 결합 계수에 대해, 2-1, 2-2 등에서 설명한 주파수 특성의 상이를 검출하는 경우에, 측정하는 전류값에 대응하는 주파수의 설정의 순서(측정의 순서)에 유의할 필요가 있다.

도 11a에 나타내는 바와 같이, 전류값을 측정하는 주파수를, 1차측의 공진 회로의 공진 주파수 f0(＝13.56㎒), f0보다도 Δf만큼 낮은 주파수 f01(＝12.56㎒), f0보다도 Δf만큼 높은 주파수 f02(＝14.56㎒)의 순으로 전류값을 측정하면, 1차와 2차의 결합은 점차 강해지고 있으므로, 각각의 전류값은 이하와 같은 관계로 된다. 전류값 i를 주파수 f0x와 결합 계수 K의 함수로서, i＝i(f0x, K)와 같이 나타내는 것으로 하면, 상술한 관계는 이하와 같이 나타낼 수 있다.

또한, i(f01, K＝0.2)와 i(f02, K＝0.4)의 대소 관계는, f02의 쪽을 먼저 측정하면, i(f02, K＝0.2)＞i(f01, K＝0.4)로 되므로, 일반적으로는, 이하와 같이 된다.

도 11a의 파선이나 1점 쇄선의 그래프로 나타내어지는 바와 같이, 2차측에 수전 장치·기기가 배치되는 경우임에도 불구하고, 전류의 주파수 특성이 실질적으로 쌍봉 특성 관계로는 되지 않고, 오검출로 되게 된다.

따라서, 1차측의 공진 주파수 f0에 있어서의 전류값을 마지막에 측정하도록 하면, 1차측의 공진 회로의 전류값의 주파수 특성을 검출할 수 있다.

도 11b에 나타내는 바와 같이, 1차측의 공진 주파수 f0보다도 Δf만큼 낮은 주파수 f01, 1차측의 공진 주파수 f0보다도 Δf만큼 높은 주파수 f02, 1차측의 공진 주파수 f0의 순서로 전류값을 측정하면, 상술한 (5)식을 만족시키므로, 2차측의 장치·기기를 검출할 수 있다.

2-5. 검출 패턴의 설정

상술한 원리를 이용하여, 1차측의 공진 회로의 전류값의 주파수에 대한 대소 관계를 패턴화함으로써, 2차측의 장치·기기의 유무의 판정을 행할 수 있다.

도 12a∼도 12e에는, 1개의 공진 주파수가 설정된 공진 회로에 대해, 이 공진 회로에 흐르는 전류의 주파수 특성을 취득한 경우에, 공진 주파수와 그 공진 주파수의 전후의 구동 주파수에 있어서의 전류값을 측정한 경우의 전류값의 대소 관계의 패턴을 나타낸다. 검정색 동그라미가, 해당하는 구동 주파수에 대한 전류값인 것을 나타낸다. 도 12a∼도 12e 모두, 3개의 주파수에 있어서의 전류값을 측정하여, 그 대소 관계를 나타내고 있고, 측정 주파수는, 좌측으로부터 f01, f0, f02이다. 도 12a에서는, 우측 상향의 경향을 나타내고(패턴 P1), 도 12b에서는 우측 하향의 경향을 나타내는 패턴 P2가 설정된다. 도 12c에서는, 위로 볼록해지는 경향의 패턴 P3이 설정되고, 도 12d에서는 아래로 볼록해지는 경향의 패턴 P4가 설정된다. 도 12e는, 편평한 패턴 P5이다.

2-1에서 설명한 바와 같이, 금속 등의 이물질이 2차측에 배치된 경우에는, 이물질은 주파수 특성을 가지지 않으므로, 1차측의 공진 회로의 전류의 주파수 특성을 측정하면, 도 12e와 같은 편평한 경향의 패턴 P5로 된다[식(4)].

2차측에, 1차측의 공진 회로의 공진 주파수 f0과 동등한 공진 주파수 f0의 공진 회로를 갖는 수전 장치·기기가 배치되면, 도 12d와 같은 아래로 볼록해지는 경향의 패턴 P4를 나타낸다[식(5)].

또한, 전류값을 취득하는 주파수를 더욱 증가시키거나, 아날로그적으로 변화시켜 전류값의 주파수 특성을 아날로그적으로 취득하면, 보다 상세한 패턴 설정을 할 수 있는 것은 물론이다.

결합 계수 K가 0.2 정도 이상의 비교적 결합이 강한 경우에는, 상술한 2종류의 패턴 P4, P5를 검출함으로써, 수전 장치·기기인지, 이물질인지를 검출하는 것이 가능하지만, 결합 계수 K가 0.2를 하회하는 결합이 약한 경우에는, 더욱 고안이 필요하다. 상술한 2-2, 2-3에서 설명한 바와 같이, 1차측의 공진 회로의 공진 주파수를 바꾸어, 다른 공진 주파수를 갖는 공진 회로에 흐르는 전류를 각각 측정하여, 패턴화할 필요가 있다. 도 12a∼도 12e의 패턴을 더욱 조합하여 패턴화하므로, 이 패턴을 편의적으로 약결합 검출 패턴이라 하는 것으로 한다.

도 13a∼도 13d에는, 공진 회로의 공진 주파수를 3종류 바꾸어, 각각에 대해, 공진 회로에 흐르는 전류의 주파수 특성의 경향을 조합한 약결합 검출 패턴을 나타낸다. 도 13a∼도 13d 모두, 3종류의 패턴을 포함하고 있다. 각각의 패턴은, 도 12a∼도 12e의 각각에 나타낸 패턴 P1∼P5이다. 보다 구체적으로는, 1차측의 공진 회로의 공진 주파수 f0보다도 Δf만큼 낮은 공진 주파수 f01로 설정된 공진 회로에 흐르는 전류 i1의 주파수 특성의 패턴, 1차측의 공진 주파수 f0으로 설정된 공진 회로에 흐르는 전류 i의 주파수 특성의 패턴, 1차측의 공진 회로의 공진 주파수 f0보다도 Δf만큼 높은 공진 주파수 f02로 설정된 공진 회로에 흐르는 전류 i2의 주파수 특성의 패턴을 포함한다. 통상에서는, 도시되는 바와 같이, 공진 주파수 f01의 공진 회로에 흐르는 전류의 주파수 특성은, 도 12b에 나타낸 바와 같은 우측 하향의 패턴 P2를 나타낸다[식(2)]. 공진 주파수 f0의 공진 회로에 흐르는 전류의 주파수 특성은, 도 12c에 나타낸 바와 같은 위로 볼록한 패턴 P3을 나타낸다[식(1)]. 공진 주파수 f02의 공진 회로에 흐르는 전류의 주파수 특성은, 도 12a에 나타낸 바와 같은 우측 상향의 패턴 P1을 나타낸다[식(3)]. 3종류의 패턴에 있어서의 전류의 최댓값을 각각 비교함으로써, 2차측에 배치된 것은 수전 장치·기기인 것인지, 이물질인 것인지를 검출할 수 있다.

도 13a에서는, 3종류의 패턴 P2, P3, P1의 최댓값이 거의 일치하는 경우이며, 2차측에 금속 등의 이물질이 배치된 경우의 약결합 검출 패턴이다. 도 13b에서는, 3종류의 패턴 P2, P3, P1의 최댓값 중 공진 주파수 f0으로 설정된 공진 회로에 흐르는 전류의 주파수 특성의 최댓값이 다른 것보다도 낮아지는 약결합 검출 패턴이며, 2차측에 수전 장치·기기가 배치된 경우의 경향이다. 도 13c에서는, 3종류의 패턴 P2, P3, P1의 최댓값이 우측 하향으로 되는 것이며, 2차측의 수전 장치·기기의 공진 주파수가 1차측의 어느 공진 주파수보다도 높은 경우의 약결합 검출 패턴이다. 도 13d에서는, 3종류의 패턴 P2, P3, P1의 최댓값이 우측 상향으로 되는 것이며, 2차측의 수전 장치·기기의 공진 주파수가 1차측의 어느 공진 주파수보다도 낮은 경우의 약결합 검출 패턴이다.

상술한 바와 같이, 공진 회로에 흐르는 전류의 주파수 특성의 경향을 나타내는 패턴 P1∼P5와, 1차측의 공진 회로의 공진 주파수를 바꾼 경우의 각각 패턴의 조합을 약결합 검출 패턴으로서 설정함으로써, 결합 계수에 의존하지 않고, 2차측에 수전 장치·기기가 배치되었는지의 여부를 검출할 수 있다.

3. 수전 장치의 검출 방법

도 14에, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 수전 장치의 검출 방법의 흐름도를 나타낸다.

송전 장치(1)의 제어부(5a)는, 스텝 S1에 있어서, 이 송전 장치(1)를 안테나 검출 모드로 설정한다. 안테나 검출 모드에서는, 송전 장치(1)로부터 수전 장치(50)(또는 금속 등의 이물질)에는 전력의 전송을 행하지 않고, 이하와 같이 2차측의 수전 장치의 유무를 검출하기 위한 동작을 행한다. 2차측의 수전 장치의 검출 기간에, 금속 등의 이물질이 존재하는 경우에, 1차측으로부터 통상의 전력을 송전하면, 금속이 발열하게 되므로, 전력의 송전을 정지한 후에 2차측의 검출을 행하는 안테나 검출 모드를 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 안테나 검출 모드는, 단시간의 폴링을 실행하는 것이므로, 간헐적으로 실행되는 것이 바람직하다.

제어부(5a)는, 스텝 S2에 있어서, 공진 회로를 구성하는 송수신부(3)에 대해 공진 주파수 f0(예를 들어, f0＝13.56㎒)을 설정한다.

제어부(5a)는, 구동 주파수를 공진 주파수 f0보다도 Δf만큼 낮은 f01(예를 들어, f01＝12.56㎒)로 설정하여, 그때의 전류값을 취득한다. 구동 주파수를 공진 주파수보다도 Δf만큼 높은 f02(예를 들어 f02＝14.56㎒)로 설정하여, 그때의 전류값을 취득한다. 또한, 구동 주파수가 f0일 때의 전류값을 취득한다. 취득된 전류값에 대해서는, 구동 주파수에 관련지어 검출 패턴 1로서, 기억부(5b)에 저장하는 것이 바람직하고, 검출 패턴 1이 도 12a∼도 12e의 P1∼P5 중 어느 것에 해당하는지 판정하고, 관련 짓기를 행하여 기억부(5b)에 저장한다.

제어부(5a)는, 스텝 S4에 있어서, 취득한 패턴 1이, 도 12a∼도 12e의 어느 하나 중, 아래로 볼록한 패턴 P4(도 12d)에 합치하는지의 여부를 판정한다. 합치하는 경우에는, 안테나 검출 모드를 종료하고(스텝 S11), 그 수전 장치·기기가 충전 또는 통신의 대상으로서 정당한 것인지의 여부를 인증하고(스텝 S12, S13), 인증할 수 있으면, 수전 모드로 이행하여 충전을 개시하거나, 통신을 개시하고, 인증 불가하면 에러 처리를 행한다.

제어부(5a)는, 스텝 S4에 있어서, 수전 장치·기기를 검출할 수 없었던 경우에는, 1차측의 공진 회로의 상수를 변경하여, 공진 주파수를 f01로 바꾼다. 공진 주파수 f01에 대해, 스텝 S3과 마찬가지로, 각 구동 주파수마다의 전류값을 취득하고, 전류값과 구동 주파수를 관련지은 검출 패턴 2를 취득하고, 도 12a∼도 12e 중 어느 것으로 분류되는지에 대해서도 관련 짓기하여 기억부(5b)에 저장한다.

또한 제어부(5a)는, 스텝 S7에 있어서, 공진 회로의 공진 주파수를 f02로 변경하여, 스텝 S3, S6과 마찬가지로, 공진 주파수 f02의 공진 회로에 흐르는 전류의 주파수 특성을 구동 주파수마다의 전류값으로서 취득한다. 전류값과 구동 주파수를 관련지은 검출 패턴 3을 취득하고, 도 12a∼도 12e 중 어느 것으로 분류되는지에 대해서도 관련 짓기하여 기억부(5b)에 저장한다.

제어부(5a)는, 스텝 S9에 있어서, 검출 패턴 1∼검출 패턴 3의 전류값의 최댓값을 비교하고, 모두가 동등할 때에는, 스텝 S10에 있어서 이물질 검출이라고 판정하고, 에러 처리를 행한다. 제어부(5a)는, 검출 패턴의 전류값의 최댓값이 동등하지 않은 것이 존재할 때에는, 수전 장치·기기가 배치된 것이라고 판정하여, 안테나 검출 모드를 종료하고(스텝 S11), 기기 인증을 행한다(스텝 S12).

또한, 스텝 S3, S6, S8에 있어서, 수전 장치·기기가 이격된 위치로부터 점차 근접해 오는 경우를 상정하여, 2-4에서 설명한 바와 같이, 각 공진 회로의 공진 주파수의 전류 측정을 마지막에 하도록 해도 된다.

상술한 흐름도를 프로그램으로 하여 기억부(5b)에 저장하여, 각 스텝에 따라 제어부(5a)에서 처리시키도록 해도 된다. 또한, 제어부(5a) 및／또는 기억부(5b)를 반도체 장치에 내장해도 되고, 범용의 CPU를 사용한 시스템으로 실현하도록 해도 되는 것은 물론이다.

4. 송수전 장치의 구성예

다른 실시 형태로서, 송전 장치(1)로서의 비접촉 충전 장치나 비접촉 통신 장치(리더 라이터 등)로부터 전력 전송을 받거나, 혹은 데이터 전송을 받아, 스스로의 2차 전지를 충전하고, 기기 본체를 동작시키는 장치의 경우에, 스스로가 다른 수전 장치에 대해 송전 장치로 되는 경우가 있다. 그러한 기기를 여기에서는, 송수전 장치라 하는 것으로 한다.

도 15에 나타내는 바와 같이, 송수전 장치(50a)는, 상술한 송전 장치(1)와 마찬가지의 구성을 갖고 있으며, 동일한 기능의 것은, 동일한 부호로 나타내는 것으로 한다.

송수전 장치(50a)는, 다른 수전 장치나 송수전 장치(70)가 구비하는 안테나(72a)와 전자계 결합하는 안테나(52a)를 갖는 송수신부(52)를 구비한다. 또한, 송수전 장치(50a)는, 스스로가 구비하는 2차 전지(51)를 소정의 구동 주파수의 교류 전력으로 변환하여, 송수신부(52)의 안테나(52a)를 구동하는 인버터부(53)를 구비한다. 또한, 송수전 장치(50a)는, 안테나(52a)의 전류 파형을 취득하는 파형 모니터부(54)와, 파형 모니터부(54)에 의해 취득된 전류값에 기초하여, 인버터부(53)에 대해 구동 주파수의 설정을 행하는 제어 시스템부(55)를 구비한다. 제어 시스템부(55)는, 송수전 장치(50a)의 동작 수순을 나타내는 프로그램이 기입되어 있는 기억부(55b)와, 기억부(55b)의 수순에 따라 송수전 장치(50)의 동작을 제어하는 제어부(55a)를 포함하고 있다. 제어부(55a)는, 예를 들어 CPU(Central Processing Unit)나 마이크로 콘트롤러이다. 기억부(55b)는, 예를 들어 마이크로 콘트롤러에 탑재된 마스크 ROM이어도 되고, EPROM, EEPROM 등이어도 된다. 또한, 이들에 한정되는 것은 아니다.

제어부(55a)는, 기억부(55b)에 저장된 프로그램에 따라, 안테나부(52a)를 구동하는 구동 주파수를 인버터부(53)에 대해 설정한다. 인버터부(53)는, 설정된 구동 주파수의 정현파로 발진하고, 안테나부(52a)를 구동한다. 다른 송수전 장치(70)가, 송송전 장치(50)의 통신 에어리어에 있는 경우에는, 안테나부(72a)에 의한 공진 회로의 존재에 의해 안테나부(52a)에 흐르는 전류에 변화가 발생하고, 이것을 파형 모니터부(54)에서 취득한다. 혹은, 다른 송수전 장치(70)의 위치에 금속판과 같은 이물질이 있는 경우에도, 그 전류값의 피크값을 파형 모니터부(54)에 의해 취득한다.

기억부(55b)에 저장된 프로그램에 따라, 구동 주파수를 변경하고, 변경한 구동 주파수에 대한 안테나부(52a)의 전류의 피크값을 취득하는 것을 소정의 횟수 반복한다. 취득한 구동 주파수마다의 피크 전류값을 각각 비교한 패턴을 취득함으로써, 미리 취득하고 있는 다른 송수전 장치(70)의 유무에 대한 피크 전류값의 패턴과 비교함으로써, 다른 송수전 장치(70)의 유무를 제어부(55a)에 있어서 판정한다.

이상은, 송수전 장치(50a)의 송전 기능에 관한 구성이며, 송수전 장치(50a)에서는, 또한, 안테나(52a)에서 받은 전력을 직류로 변환하는 정류부(56)와, 정류부(56)에서 직류 전력으로 변환된 전력을 사용하여 2차 전지(51)의 충전 제어를 행하는 충전 제어부(57)를 구비한다. 수전된 전력은, 충전 제어부(57)를 통해, 2차 전지(51)를 충전함과 함께, 충전 SW(58)에 의해, 기기 본체(60)를 직접 동작시키도록 해도 된다.

상술한 바와 같이, 송수전 장치(50a)에서는, 스스로(자체로) 갖는 2차 전지(51)의 전력을 사용하여, 인버터부(53)를 동작시켜 수전 장치나 다른 송수전 장치(70)를 검출할 수 있다.

1 : 송전 장치
2 : 인버터부
3 : 송수신부
3a : 안테나부
3b, 11b : 가변 용량 콘덴서
4 : 파형 모니터부
5 : 제어 시스템부
5a : 제어부
5b : 기억부
50 : 수전 장치
50a : 송수전 장치
51 : 2차 전지
52 : 송수신부
52a : 안테나부
53 : 인버터부
54 : 파형 모니터부
55 : 제어 시스템부
55a : 제어부
55b : 기억부
56 : 정류부
57 : 충전 제어부
58 : 충전 SW
60 : 기기 본체
70 : 다른 송수전 장치

Claims

공진 회로를 사용하여 비접촉으로 수전 장치와 전력의 전송을 행하는 송전 장치에 있어서,
상기 공진 회로를 구동하는 신호의 구동 주파수를 설정하는 제어부와,
상기 제어부의 설정에 기초하여, 3개 이상의 구동 주파수로 상기 공진 회로를 구동하는 구동부와,
상기 공진 회로의 구동 파형을 검출하는 구동 파형 검출부를 구비하고,
상기 제어부는, 3개 이상의 구동 주파수를 설정하여, 상기 구동 파형 검출부에 의해 검출되는 각각의 구동 주파수에 있어서의 신호 데이터를 비교하여, 그 비교 결과에 기초하여, 상기 수전 장치를 검출하는 것을 특징으로 하는 송전 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 수전 장치로부터의 요구에 기초하는 전력의 전송을 행하는 송전 모드와,
상기 수전 장치의 유무를 검출하는 검출 모드를 갖고 있으며,
상기 검출 모드에서는, 상기 전력의 전송을 행하지 않는 것을 특징으로 하는 송전 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
검출되는 상기 신호 데이터는, 상기 공진 회로의 전류값 또는 전압값인 것을 특징으로 하는 송전 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 공진 회로의 공진 주파수를 복수 설정하고,
상기 공진 주파수는, 상기 3개 이상의 구동 주파수의 각각에 대응하여 설정되는 것을 특징으로 하는 송전 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어부는, 각 공진 주파수에 있어서의 상기 전류 또는 상기 전압 중 최댓값을 각각 비교함으로써, 상기 수전 장치를 검출하는 것을 특징으로 하는 송전 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 구동 주파수로서, 3개의 주파수를 순차적으로 설정하여 상기 신호 데이터를 측정하고,
제1 구동 주파수는, 제2 구동 주파수보다도 높은 주파수이며, 제3 구동 주파수보다도 낮은 주파수이며,
상기 제1 구동 주파수는, 상기 제2 및 제3 구동 주파수가 설정되고, 신호 데이터가 측정된 후에 설정되어, 대응하는 신호 데이터가 측정되는 것을 특징으로 하는 송전 장치.
공진 회로를 사용하여 비접촉으로 수전 장치 또는 다른 송수전 장치와 전력의 전송을 행하는 송수전 장치에 있어서,
상기 공진 회로를 구동하는 신호의 구동 주파수를 설정하는 제어부와,
상기 제어부의 설정에 기초하여, 3개 이상의 구동 주파수로 상기 공진 회로를 구동하는 구동부와,
상기 공진 회로의 구동 파형을 검출하는 구동 파형 검출부를 구비하고,
상기 제어부는, 3개 이상의 구동 주파수를 설정하여, 상기 구동 파형 검출부에 의해 검출되는 각각의 구동 주파수에 있어서의 신호 데이터를 비교하여, 그 비교 결과에 기초하여, 송수신을 행하는 상기 수전 장치 또는 다른 송수전 장치를 검출하는 것을 특징으로 하는 송수전 장치.
제7항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 수전 장치 또는 다른 송수전 장치로부터의 요구에 기초하는 전력의 전송을 행하는 송전 모드와,
상기 다른 수전 장치 또는 송수전 장치를 검출하는 검출 모드를 갖고 있으며,
상기 검출 모드에서는, 상기 전력의 전송을 행하지 않는 것을 특징으로 하는 송수전 장치.
제7항 또는 제8항에 있어서,
검출되는 상기 신호 데이터는, 상기 공진 회로의 전류값 또는 전압값인 것을 특징으로 하는 송수전 장치.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 공진 회로의 공진 주파수를 복수 설정하고,
상기 공진 주파수는, 상기 3개 이상의 구동 주파수의 각각에 대응하여 설정되는 것을 특징으로 하는 송수전 장치.
제10항에 있어서,
상기 제어부는, 각 공진 주파수에 있어서의 상기 전류 또는 상기 전압 중 최댓값을 각각 비교함으로써, 상기 수전 장치를 검출하는 것을 특징으로 하는 송수전 장치.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 구동 주파수로서, 3개의 주파수를 순차적으로 설정하여 상기 신호 데이터를 측정하고,
제1 구동 주파수는, 제2 구동 주파수보다도 높은 주파수이며, 제3 구동 주파수보다도 낮은 주파수이며,
상기 제1 구동 주파수는, 상기 제2 및 제3 구동 주파수가 설정되고, 신호 데이터가 측정된 후에 설정되어, 대응하는 신호 데이터가 측정되는 것을 특징으로 하는 송수전 장치.
공진 회로를 사용하여 비접촉으로 송전 장치로부터 수전 장치에 전력의 전송을 행하는 경우에, 상기 수전 장치의 유무를 검출하는 수전 장치 검출 방법에 있어서,
제어부에 의해, 상기 공진 회로를 구동하는 신호의 구동 주파수를 설정하고,
구동부에 의해, 상기 제어부의 설정에 기초하여, 3개 이상의 구동 주파수로 상기 공진 회로를 구동하고,
구동 파형 검출부에 의해, 상기 공진 회로의 구동 파형을 검출하고,
상기 제어부는, 3개 이상의 구동 주파수를 설정하여, 상기 구동 파형 검출부에 의해 검출되는 각각의 구동 주파수에 있어서의 신호 데이터를 비교하여, 그 비교 결과에 기초하여, 상기 수전 장치를 검출하는 것을 특징으로 하는 수전 장치 검출 방법.
제13항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 다른 수전 장치 또는 송수전 장치로부터의 요구에 기초하는 전력의 전송을 행하는 송전 모드와,
상기 다른 수전 장치 또는 송수전 장치를 검출하는 검출 모드를 갖고 있으며,
상기 검출 모드에서는, 상기 전력의 전송을 행하지 않는 것을 특징으로 하는 수전 장치 검출 방법.
제13항 또는 제14항에 있어서,
검출되는 상기 신호 데이터는, 상기 공진 회로의 전류값 또는 전압값인 것을 특징으로 하는 수전 장치 검출 방법.
제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 공진 회로의 공진 주파수를 복수 설정하고,
상기 공진 주파수는, 상기 3개 이상의 구동 주파수의 각각에 대응하여 설정되는 것을 특징으로 하는 수전 장치 검출 방법.
제16항에 있어서,
상기 제어부는, 각 공진 주파수에 있어서의 상기 전류 또는 상기 전압 중 최댓값을 각각 비교함으로써, 상기 수전 장치를 검출하는 것을 특징으로 하는 수전 장치 검출 방법.
제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 구동 주파수로서, 3개의 주파수를 순차적으로 설정하여 상기 신호 데이터를 측정하고,
제1 구동 주파수는, 제2 구동 주파수보다도 높은 주파수이며, 제3 구동 주파수보다도 낮은 주파수이며,
상기 제1 구동 주파수는, 상기 제2 및 제3 구동 주파수가 설정되고, 신호 데이터가 측정된 후에 설정되어, 대응하는 신호 데이터가 측정되는 것을 특징으로 하는 수전 장치 검출 방법.
프로그램을 저장하는 기억부와, 저장된 프로그램을 전개하여 실행하는 처리 유닛을 갖는 제어부를 구비하는 비접촉 충전용의 수전 장치 검출 프로그램으로서, 공진 회로를 사용하여 비접촉으로 송전 장치로부터 수전 장치에 전력의 전송을 행하는 경우에, 상기 수전 장치의 유무를 검출하는 수전 장치 검출 프로그램에 있어서,
상기 제어부에 의해, 상기 공진 회로를 구동하는 신호의 구동 주파수를 설정하는 스텝과,
구동부에 의해, 상기 제어부의 설정에 기초하여, 3개 이상의 구동 주파수로 상기 공진 회로를 구동하는 스텝과,
구동 파형 검출부에 의해, 상기 공진 회로의 구동 파형을 검출하는 스텝을 갖고,
상기 제어부는, 3개 이상의 구동 주파수를 설정하여, 상기 구동 파형 검출부에 의해 검출되는 각각의 구동 주파수에 있어서의 신호 데이터를 비교하여, 그 비교 결과에 기초하여, 상기 수전 장치를 검출하는 것을 특징으로 하는 수전 장치 검출 프로그램.
제19항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 다른 수전 장치 또는 송수전 장치로부터의 요구에 기초하는 전력의 전송을 행하는 송전 모드와,
상기 다른 수전 장치 또는 송수전 장치를 검출하는 검출 모드를 갖고 있으며,
상기 검출 모드에서는, 상기 전력의 전송을 행하지 않는 것을 특징으로 하는 수전 장치 검출 프로그램.
제19항 또는 제20항에 있어서,
검출되는 상기 신호 데이터는, 상기 공진 회로의 전류값 또는 전압값인 것을 특징으로 하는 수전 장치 검출 프로그램.
제19항 또는 제20항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 공진 회로의 공진 주파수를 복수 설정하고,
상기 공진 주파수는, 상기 3개 이상의 구동 주파수의 각각에 대응하여 설정되는 것을 특징으로 하는 수전 장치 검출 프로그램.
제22항에 있어서,
상기 제어부는, 각 공진 주파수에 있어서의 상기 전류 또는 상기 전압 중 최댓값을 각각 비교함으로써, 상기 수전 장치를 검출하는 것을 특징으로 하는 수전 장치 검출 프로그램.
제19항 또는 제20항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 구동 주파수로서, 3개의 주파수를 순차적으로 설정하여 상기 신호 데이터를 측정하고,
제1 구동 주파수는, 제2 구동 주파수보다도 높은 주파수이며, 제3 구동 주파수보다도 낮은 주파수이며,
상기 제1 구동 주파수는, 상기 제2 및 제3 구동 주파수가 설정되고, 신호 데이터가 측정된 후에 설정되어, 대응하는 신호 데이터가 측정되는 것을 특징으로 하는 수전 장치 검출 프로그램.
제19항 내지 제24항 중 어느 한 항에 기재된 수전 장치 검출 프로그램을 저장하는 기억부를 구비하는 반도체 장치.
제25항에 있어서,
상기 수전 전력 조정 프로그램을 전개하여 실행하는 제어부를 더 구비하는 반도체 장치.