KR20200010601A - 송전 장치 및 시스템 - Google Patents

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KR20200010601A
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오사무 고자카이
다카아키 하시구치
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소니 주식회사
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Abstract

송전 장치는 송전부와 검출부를 포함한다. 송전부는 무선으로 전력을 전송하도록 구성된다. 검출부는 동작적으로 송전부에 접속되고, 송전부 근방의 임피던스의 변화에 기초하여 송전부로부터의 범위 내의 물체를 검출하도록 구성된다.

Description

송전 장치 및 시스템{DEVICE AND SYSTEM FOR POWER TRANSMISSION}
본 개시물은, 급전(給電) 대상 장치(전자 장치 등)에 대하여 비접촉식 전력 공급(송전)을 행하는 시스템, 및 시스템에 적용되는 장치에 관한 것이다.
최근, 휴대 전화기나 휴대 음악 플레이어 등의 CE 장치(Consumer Electronics Device: 소비자 전자 장치)에 대하여 비접촉식 전력 공급(송전)을 행하는 급전 시스템(비접촉식 급전 시스템 또는 무선 충전 시스템)이 주목을 받고 있다. 이에 의해, AC 어댑터와 같은 전원 장치의 커넥터를 장치에 삽입하는(접속하는) 것에 의해 충전을 개시하는 대신에, 전자 장치(2차측 장치)를 충전 트레이(1차측 장치) 위에 놓는 것만으로 충전을 개시할 수 있다. 즉, 전자 장치와 충전 트레이 간의 단자 접속이 불필요하게 된다.
이와 같이 비접촉식 전력 공급을 행하는 방식으로서는, 전자 유도 방식이 잘 알려져 있다. 최근에는, 자기 공명 방식이라고 불리는 방식을 사용한 비접촉식 급전 시스템도 주목받고 있다. 이러한 비접촉식 급전 시스템은, 예를 들어 특허문헌 1 내지 3에 개시되어 있다.
일본 특허 제3179802호 일본 특허 공개 제 2008-167582호 일본 특허 공개 제 2010-119251호
또한, 상기와 같은 비접촉식 급전 시스템에서는, 급전 대상 장치(2차측 장치)가 근방(급전 유닛 근방; 예를 들어, 급전 가능한 영역)에 있는지의 여부를 판별하도록 급전 유닛(1차측 장치)이 허용되지 않으면, 급전 유닛은 전력 공급을 계속 유지하여, 쓸데없는 전력 소비를 야기한다.
여기서, 상기 특허문헌 1 내지 3 각각은, 급전 대상 장치가 급전 유닛의 근방에 존재하고 있는지를 검출하는 기술을 제안한다. 그러나, 예를 들어 구성, 기술 등이 복잡하기 때문에, 편리성이 부족하다는 단점이 있다.
따라서, 자계를 사용한 송전(비접촉식 급전) 시에, 급전 대상 장치를 편리하게 검출할 수 있는 기술의 제안이 요망된다.
자계를 사용해서 송전을 행할 때에, 급전 대상 장치를 편리하게 검출할 수 있는 장치 및 급전 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.
본 개시물의 실시 형태에 따른 송전 장치는, 무선으로 전력을 전송하도록 구성된 송전부, 및 상기 송전부에 동작적으로 접속되어, 상기 송전부 근방의 임피던스의 변화에 기초하여 상기 송전부로부터의 범위 내의 물체를 검출하도록 구성된 검출부를 포함한다.
본 개시물의 실시 형태에 따른 송전 시스템은, 송전 장치 및 수신 장치를 포함한다. 상기 송전 장치는, 무선으로 전력을 전송하도록 구성된 송전부, 및 상기 송전부에 동작적으로 접속되어, 상기 송전부 근방의 임피던스의 변화에 기초하여 상기 송전부로부터의 범위 내의 수신 장치를 검출하도록 구성된 검출부를 포함한다. 상기 수신 장치는, 무선으로 상기 전력을 수신하도록 구성된 수전 유닛, 및 상기 수전 유닛에 동작적으로 접속되어, 상기 수신된 전력에 기초하여 동작을 수행하도록 구성된 부하를 포함한다.
본 개시물의 실시 형태에 따른 송전 장치 및 시스템에서는, 송전부 근방에서의 임피던스의 변화를 이용하여, 이 송전부에 의한 급전 대상 장치가 근방에 존재하는지의 여부가 검출된다. 이에 의해, 예를 들어, 구성 및 기술이 복잡하지 않아도, 급전 대상 장치의 검출을 행하는 것이 가능하다.
본 개시물의 실시 형태의 송전 장치 및 시스템에 의하면, 송전부 근방에서의 임피던스의 변화를 이용하여, 이 송전부에 의한 급전 대상 장치가 근방에 존재하는지의 여부가 검출된다. 따라서, 예를 들어, 구성 및 기술이 복잡하지 않아도, 급전 대상 장치의 검출을 행할 수 있다. 따라서, 자계를 사용해서 송전부가 수행될 때에, 급전 대상 장치를 편리하게 검출하는 것이 가능하게 된다.
이는 상기 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 둘 다는 예시이며, 청구된 기술의 추가 설명을 제공하기 위한 것으로 이해되어야한다.
첨부된 도면은 본 개시물의 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 통합되어 그 일부를 구성한다. 도면은 실시 형태들을 예시하고, 명세서와 함께, 기술의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 개시물의 제1 실시 형태에 따른 급전 시스템의 외관 구성예를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 급전 시스템의 상세 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시한 블록의 일부의 상세 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 4는 제1 실시 형태에 따른 급전 유닛의 동작예를 나타내는 흐름도이다.
도 5는 2차측 장치의 검출 기간 및 비-검출 기간의 일례를 나타내는 타이밍도이다.
도 6의 (a) 및 (b)는 2차측 장치 및 금속 이물체(foreign object)의 유무에 따른 임피던스 특성의 변화에 대해서 설명하기 위한 특성도이다.
도 7은 고주파 전력 발생 회로에 대한 제어 신호의 일례를 각각 나타내는 타이밍 파형도이다.
도 8의 (a) 및 (b)는 제어 신호의 듀티비(duty ratio)에 따른 고조파 성분의 변화에 대해서 설명하기 위한 특성도이다.
도 9는 고조파 성분의 변화에 따른 임피던스 특성의 변화에 대해서 설명하기 위한 특성도이다.
도 10은 급전 기간 및 통신 기간의 일례를 나타내는 타이밍도이다.
도 11은 제2 실시 형태에 따른 급전 시스템의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 12는 제2 실시 형태에 따른 급전 유닛의 동작예를 나타내는 흐름도이다.
도 13의 (a) 및 (b)는 변형예 1 및 2에 따른 검출 기간 및 비-검출 기간을 나타내는 타이밍도이다.
도 14의 (a) 및 (b)는 변형예 3 및 4에 따른 검출 기간 및 비-검출 기간을 나타내는 타이밍도이다.
도 15의 (a) 및 (b)는 변형예 5 및 6에 따른 검출 기간 및 비-검출 기간을 나타내는 타이밍도이다.
이하, 본 개시물의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 제공된다는 점에 유의해야 한다.
1. 제1 실시 형태(교류 전류 및 AC 전압으로부터 결정된 임피던스를 사용하는 예)
2. 제2 실시 형태(직류 전류 및 DC 전압으로부터 결정된 직류 저항을 사용하는 예)
3. 제1 및 제2 실시 형태에 공통인 변형예
변형예 1 및 2(제어 신호의 주파수에 대해서 복수 종류의 값을 각각 사용하는 예)
변형예 3 및 4(제어 신호의 듀티비에 대해서 복수 종류의 값을 각각 사용하는 예)
변형예 5 및 6(제어 신호의 주파수 및 듀티비에 대해서 복수 종류의 값을 각각 사용하는 예)
4. 기타의 변형예
<제1 실시 형태>
[급전 시스템(4)의 전체 구성]
도 1은, 본 개시물의 제1 실시 형태에 따른 급전 시스템(급전 시스템(4))의 외관 구성예를 나타낸 것이며, 도 2는, 이 급전 시스템(4)의 블록 구성예를 나타낸 것이다. 급전 시스템(4)은, 자계를 사용해서(예를 들어, 전자 유도, 자기 공명 등을 이용해서; 이하 마찬가지), 비접촉식으로 송전(전력 공급 또는 급전)을 행하는 시스템(비접촉형 급전 시스템)이다. 이 급전 시스템(4)은, 급전 유닛(1)(1차측 장치)와, 급전 대상 장치로서 각각 역할을 하는 1개 또는 복수의 전자 장치(여기서는, 2개의 전자 장치(2A 및 2B); 2차측 장치)를 포함하고 있다.
이 급전 시스템(4)에서는, 예를 들어, 도 1에 도시한 바와 같이, 급전 유닛(1)에서의 급전면(송전면) S1 위에(또는 근접하게) 전자 장치(2A 및 2B)를 놓는 것에 의해, 급전 유닛(1)으로부터 전자 장치(2A 및 2B)에 대하여 송전이 행해진다. 여기에서는, 전자 장치(2A 및 2B)에 대하여 동시 또는 시분할적(순차적)으로 송전을 행하는 경우를 고려하여, 급전 유닛(1)은, 급전면 S1의 면적이 급전 대상의 전자 장치(2A 및 2B)보다도 큰 매트 형상(트레이 형상)으로 되어 있다.
(급전 유닛(1))
급전 유닛(1)은, 상술한 바와 같이, 자계를 사용해서 전자 장치(2A 및 2B)에 대하여 송전을 행하는 유닛(충전 트레이)이다. 이 급전 유닛(1)은, 예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이, 송전부(110), 전원 회로(111), 고주파 전력 발생 회로(AC 신호 발생 회로)(112), 전류-전압 검출 유닛(113), 제어부(114) 및 캐패시터 C1(용량 소자)을 갖는 송전 유닛(11)을 포함하고 있다. 이들 중, 전류-전압 검출 유닛(113)와 제어부(114)는, 본 개시물에서의 "검출부"의 구체예에 대응하고, 제어부(114)는 본 개시물에서의 "제어부"의 구체예에 대응한다.
송전부(110)는, 후술하는 송전 코일(1차측 코일) L1 등을 포함하도록 구성되어 있다. 송전부(110)는, 송전 코일 L1 및 캐패시터 C1을 이용함으로써, 자계를 사용하여 전자 장치(2A 및 2B)(상세하게는, 후술하는 수전부(210))에 송전을 행한다. 구체적으로는, 송전부(110)는, 급전면 S1로부터 전자 장치(2A 및 2B)를 향해서 자계(자속)를 방사하는 기능을 갖고 있다. 또한, 이 송전부(110)의 상세 구성에 대해서는, 후술한다는 점에 유의해야 한다(도 3).
전원 회로(111)는, 예를 들어, 급전 유닛(1)의 외부의 전력 공급원(9)으로부터 공급되는 전력(AC 전력 또는 DC 전력)에 기초해서 소정의 DC 전압을 생성하고, 이 생성된 DC 전압을 고주파 전력 발생 회로(112)에 출력하는 회로이다. 이러한 전원 회로(111)는, 예를 들어 DC-DC 컨버터나 AC-DC 컨버터를 포함하도록 구성되어 있다. 이 전원 회로(111)가 제공되지 않는 경우도 있을 수도 있다는 점에 유의해야 한다.
고주파 전력 발생 회로(112)는, 전원 회로(111)로부터 출력되는 DC 전압에 기초하여, 송전부(110)에서 송전을 행하기 위해 사용되는 소정의 고주파 전력(AC 신호)을 발생하는 회로이다. 이러한 고주파 전력 발생 회로(112)는, 예를 들어 후술하는 스위칭 증폭기를 사용하여 구성된다. 이 고주파 전력 발생 회로(112)의 상세 구성에 대해서도, 후술한다는 점에 유의해야 한다(도 3).
전류-전압 검출 유닛(113)는, 후술하는 전류 검출부(113I) 및 전압 검출부(113V)를 갖고 있으며, 송전부(110) 근방(여기서는, 고주파 전력 발생 회로(112)의 부하측)에서의 교류 전류(전류 I1) 및 AC 전압(전압 V1)을 각각 검출한다. 이러한 전류-전압 검출 유닛(113)의 상세 구성에 대해서도, 후술한다는 점에 유의해야 한다(도 3).
제어부(114)는, 전원 회로(111) 및 고주파 전력 발생 회로(112) 각각의 동작을 제어하는 기능을 갖고 있다. 구체적으로는, 제어부(114)는, 상세하게 후술하는 바와 같이, 소정의 주파수 및 소정의 듀티비를 갖는 제어 신호 CTL을 사용하여, 고주파 전력 발생 회로(112)를 구동한다. 또한, 제어부(114)는, 전류-전압 검출 유닛(113)에 있어서 검출된 전류 I1 및 전압 V1에 기초하여, 송전부(110)에 의한 급전 대상 장치(2차측 장치; 여기에서는, 전자 장치(2A 및 2B))가 근방(급전면 S1의 근방; 예를 들어, 급전 가능한 영역, 이하 마찬가지)에 존재하는지의 여부를 검출하는 기능도 갖고 있다. 구체적으로는, 상세하게 후술하는 바와 같이, 이러한 제어부(114)는, 송전부(110) 근방에서의 임피던스(여기서는, 고주파 전력 발생 회로(112)(후술하는 스위칭 증폭기)의 부하 임피던스)의 변화를 이용하여, 급전 대상 장치를 검출한다. 여기서, 이러한 부하 임피던스는, 후술하는 스위칭 증폭기에 접속되는 부하의 임피던스이며, 상술한 교류 전류(전류 I1) 및 AC 전압(전압 V1)에 의해 결정된다. 이러한 제어부(114)는, 예를 들어 마이크로컴퓨터 등이라는 점에 유의해야 한다.
캐패시터 C1은, 전기적으로 병렬로 또는 직렬과 병렬의 조합으로 송전 코일 L1에 접속되도록 배치되어 있다.
(전자 장치(2A 및 2B))
전자 장치(2A 및 2B)는, 예를 들어 텔레비전 수상기로 대표되는 거치형 전자 장치, 휴대 전화 및 디지털 카메라로 대표되는, 충전지(배터리)를 포함하는 휴대형 전자 장치 등이다. 예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이, 이들 전자 장치(2A 및 2B) 각각은, 수전 유닛(21)과, 이 수전 유닛(21)으로부터 공급되는 전력에 기초해서 소정의 동작(전자 장치로서의 기능을 수행하는 동작)을 행하는 부하(22)를 포함하고 있다. 또한, 수전 유닛(21)은, 수전부(210), 정류 및 평활 회로(211), 전압 안정화 회로(212) 및 캐패시터(용량 소자) C2를 포함한다.
수전부(210)는, 수전 코일(2차측 코일) L2를 포함하도록 구성되어 있다. 수전부(210)는, 이러한 수전 코일 L2 및 캐패시터 C2를 이용하여, 급전 유닛(1) 내의 송전부(110)로부터 전송된 전력을 수취하는 기능을 갖고 있다. 이러한 수전부(210)의 구성에 대해서도, 상세하게 후술한다는 점에 유의해야 한다(도 3).
정류 및 평활 회로(211)는, 수전부(210)로부터 공급된 전력(AC 전력)을 정류 및 평활화함으로써, DC 전력을 생성하는 회로이다.
전압 안정화 회로(212)는, 정류 및 평활 회로(211)로부터 공급되는 DC 전력에 기초해서 소정의 전압 안정화 동작을 행하여, 부하(22) 내의 배터리(도시하지 않음)를 충전하는 회로이다. 이러한 배터리는, 예를 들어 리튬 이온 전지 등의 충전지(2차 전지)를 사용하여 구성된다는 점에 유의해야 한다.
캐패시터 C2는, 전기적으로 병렬로 또는 직렬과 병렬을 조합하여, 수전 코일 L2에 접속되도록 배치되어 있다.
[고주파 전력 발생 회로(112) 및 전류-전압 검출 유닛(113)를 포함하는 소자의 상세 구성]
도 3은, 송전부(110), 캐패시터 C1, 고주파 전력 발생 회로(112), 전류-전압 검출 유닛(113)(전류 검출부(113I) 및 전압 검출부(113V)), 수전부(210) 및 캐패시터 C2의 상세 구성예를 도시하는 회로도이다.
송전부(110)는 송전 코일 L1을 갖고 있고, 수전부(210)는 수전 코일 L2을 갖고 있다. 송전 코일 L1은, 상술한 바와 같이, 자계를 사용해서 송전을 행하는데(자속을 발생시키는데) 사용되는 코일이다. 한편, 수전 코일 L2은, 송전부(110)로부터(자속으로부터) 전송된 전력을 수취하는데 사용되는 코일이다.
고주파 전력 발생 회로(112)는, 전원 회로(111)로부터 공급되는 DC 전압 Vdc(직류 전류 Idc)에 기초하여, AC 전압 Vac 및 교류 전류 Iac로 이루어진 고주파 전력(AC 신호)을 생성하는 회로이다. 여기서, 이러한 고주파 전력 발생 회로(112)는, 스위칭 소자로서의 1개의 트랜지스터(112T)를 포함하는 스위칭 증폭기(소위, E 클래스 증폭기)를 사용하여 구성된다. 이러한 스위칭 증폭기는, 리플 제거용으로 사용된 캐패시터(112C), 초크 코일로서의 코일(112L), 및 N형 FET(Field Effective Transistor; 전계 효과형 트랜지스터)인 트랜지스터(112T)를 포함한다. 캐패시터(112C)의 한 단부는, 전원 회로(111)로부터의 출력 라인뿐만 아니라 코일(112L)의 한 단부에 접속되고, 다른 단부는 접지되어 있다. 코일(112L)의 다른 단부는, 접속점 P21에 있어서, 트랜지스터(112T)의 드레인과, 캐패시터 C1p 및 C1s 각각의 한 단부에 접속되어 있다. 트랜지스터(112T)의 소스는 접지되고, 게이트에는, 상술한 바와 같이 제어부(114)로부터 공급되는 제어 신호 CTL가 입력된다. 캐패시터 C1s의 다른 단부는 송전 코일 L1의 한 단부에 접속되고, 캐패시터 C1p의 다른 단부는 접지되어 있다는 점에 유의해야 한다. 이와 같은 구성에 의해, 고주파 전력 발생 회로(112)에서는, 제어 신호 CTL에 따라서 트랜지스터(112T)가 온/오프 동작(소정의 스위칭 주파수 및 소정의 듀티비를 포함하는 스위칭 동작)을 행함으로써, 상술한 고주파 전력이 생성된다.
전류 검출부(113I)는, 상술한 전류 I1(교류 전류)를 검출하는 회로이며, 여기에서는, 송전 코일 L1의 다른 단부와 접지와의 사이에 배치되어 있다. 이러한 전류 검출부(113I)는, 저항 R11, 증폭기 A1, 다이오드 D1 및 캐패시터 C31을 포함한다. 저항 R11은, 송전 코일 L1의 다른 단부(접속점 P22)와 접지와의 사이에 배치되어 있다. 증폭기 A1에 있어서는, 한쪽의 입력 단자가 접속점 P22에 접속되고, 다른 쪽의 입력 단자가 접지에 접속되고, 출력 단자가 다이오드 D1의 애노드에 접속되어 있다. 즉, 이러한 증폭기 A1에는, 저항 R11의 양단 간의 전위차가 입력된다. 다이오드 D1의 캐소드는 캐패시터 C31의 한 단부(접속점 P23)에 접속되고, 캐패시터 C31의 다른 단부는 접지되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 전류 검출부(113I)에서는, 다이오드 D1의 캐소드측(접속점 P23)으로부터, 상술한 전류 I1(교류 전류)의 검출 결과가 출력된다.
전압 검출부(113V)는, 상술한 전압 V1(AC 전압)을 검출하는 회로이며, 여기에서는, 접속점 P21과 접지와의 사이에 배치되어 있다. 이러한 전압 검출부(113V)는, 저항 R21 및 R22, 증폭기 A2, 다이오드 D2 및 캐패시터 C32를 갖고 있다. 저항 R21의 한 단부는 접속점 P21에 접속되고, 다른 단부는 접속점 P24에 접속되어 있다. 저항 R22의 한 단부는 접속점 P24에 접속되고, 다른 단부는 접지에 접속되어 있다. 증폭기 A2에 있어서는, 한쪽의 입력 단자가 접속점 P24에 접속되고, 다른 쪽의 입력 단자가 접지에 접속되고, 출력 단자가 다이오드 D2의 애노드에 접속되어 있다. 다이오드 D2의 캐소드는 캐패시터 C32의 한 단부(접속점 P25)에 접속되고, 캐패시터 C32의 다른 단부는 접지되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 전압 검출부(113V)에서는, 다이오드 D2의 캐소드측(접속점 P25)으로부터, 상술한 전압 V1(AC 전압)의 검출 결과가 출력된다.
캐패시터 C2p의 한 단부는, 접속점 P26에 있어서 수전 코일 L2의 한 단부에 접속되고, 다른 단부는, 접속점 P27에 있어서 수전 코일 L2의 다른 단부에 접속되어 있다. 캐패시터 C2s의 한 단부는 접속점 P26에 접속되고, 다른 단부는 정류 및 평활 회로(211)의 한쪽의 입력 단자에 접속되어 있다. 정류 및 평활 회로(211)의 다른 쪽의 입력 단자는, 접속점 P27에 접속되어 있다는 점에 유의해야 한다.
[급전 시스템(4)의 작용 및 효과]
(1. 전체 동작의 개요)
이러한 급전 시스템(4)에 있어서는, 급전 유닛(1)에 있어서, 송전을 위한 소정의 고주파 전력(AC 신호)이, 고주파 전력 발생 회로(112)에 의해 송전부(110) 내의 송전 코일 L1 및 캐패시터 C1에 공급된다. 이에 의해, 송전부(110) 내의 송전 코일 L1에서 자계(자속)가 발생한다. 이때, 급전 유닛(1)의 상면(급전면 S1) 위에(또는 근접하게), 급전 대상 장치(충전 대상 장치)로서의 각각의 전자 장치(2A 및 2B)가 놓이는 경우, 급전 유닛(1) 내의 송전 코일 L1과, 전자 장치(2A 및 2B) 각각 내의 수전 코일 L2이, 급전면 S1 근방에서 서로 근접한다.
이와 같이, 자계(자속)를 발생하고 있는 송전 코일 L1에 근접해서 수전 코일 L2이 배치되면, 송전 코일 L1에 의해 발생된 자속에 의해, 수전 코일 L2에 기전력이 생성된다. 그 결과로서, 송전 코일 L1측(1차측, 급전 유닛(1)측 및 송전부(110)측)으로부터 수전 코일 L2측(2차측, 전자 장치(2A 및 2B)측 및 수전부(210)측)에 대하여, 전력이 송전된다(도 2 및 도 3에 나타낸 전력 P1 참조).
그 다음, 전자 장치(2A 및 2B)에서는, 수전 코일 L2에 의해 수취한 AC 전력이 정류 및 평활 회로(211) 및 전압 안정화 회로(212)에 공급되어, 이하의 충전 동작이 행해진다. 즉, 이러한 AC 전력이 정류 및 평활 회로(211)에 의해 소정의 DC 전력으로 변환된 후, 전압 안정화 회로(212)에 의해 이러한 DC 전력에 기초하는 전압 안정화 동작이 행해지고, 부하(22) 내의 배터리(도시하지 않음)가 충전된다. 이러한 방식으로, 전자 장치(2A 및 2B)에 있어서, 수전부(210)에 의해 수취한 전력에 기초하는 충전 동작이 행해진다.
즉, 본 실시 형태에서는, 전자 장치(2A 및 2B)의 충전 시에, 예를 들어 AC 어댑터 등에의 단자 접속이 불필요하고, 급전 유닛(1)의 급전면 S1 위에 전자 장치(2A 및 2B)를 배치하는(또는 전자 장치(2A 및 2B)를 근접시키는) 것만으로도, 용이하게 충전을 개시시킬 수 있다(비접촉식 급전이 행해진다). 이는 사용자의 부담을 감소시킨다. 또한, 이러한 비접촉식 급전은, 접점의 마모에 의한 특성의 열화, 및 접점부에 사람이 접촉하는 것에 의해 감전될 걱정이 없는 등의 장점을 갖는다. 또한, 예를 들어 칫솔이나 전기 면도기와 같이, 습윤 환경에서 사용되는 장치에 적용한 경우에는, 접점이 침수에 의해 부식되는 것을 방지할 수 있다는 이점도 있다.
(2.2 2차측 장치의 검출 동작을 포함하는 동작)
이어서, 도 4 내지 도 10을 참조하여, 본 실시 형태의 급전 유닛(1)(송전 유닛(11))에서의 동작(급전 대상 장치로서의 전자 장치(2A 및 2B)(2차측 장치)의 검출 동작 등)에 대해서 설명한다. 도 4는, 급전 유닛(1)에서의 이러한 동작의 일례를 도시하는 흐름도이다.
우선, 급전 유닛(1)은, 예를 들어 제어 단자(도시하지 않음)의 초기화 등의 소정의 기동 처리를 행한다(단계 S101).
그 다음, 전류-전압 검출 유닛(113)(전류 검출부(113I) 및 전압 검출부(113V))는, 상술한 기술에 의해, 송전부(110) 근방(고주파 전력 발생 회로(112)의 부하측)에서의 교류 전류(전류 I1) 및 AC 전압(전압 V1)을 각각 검출한다(단계 S102).
이어서, 제어부(114)는, 전류-전압 검출 유닛(113)에 의해 검출된 전류 I1 및 전압 V1을 사용하여, 송전부(110) 근방에서의 임피던스 Z1(고주파 전력 발생 회로(112)(스위칭 증폭기)의 부하 임피던스; 도 3 참조)을 산출한다(단계 S103). 구체적으로는, 이러한 임피던스 Z1의 절대값 |Z1|을, 이하의(1) 식에 의해 구할 수 있다.
|Z1|=(V1/I1)……(1)
계속해서, 상기와 같이 해서 산출된 임피던스 Z1의 변화를 이용하여, 급전 대상 장치로서의 2차측 장치(전자 장치(2A 및 2B))가 근방에 존재하는지의 여부가, 제어부(114)에 의해, 이하와 같이 검출된다.
여기서, 구체적으로는, 이러한 급전 대상 장치의 검출이, 예를 들어, 도 5에 도시한 바와 같이, 소정의 간격(비-검출 기간(검출 휴지 기간) Ts)으로 간헐적으로 행해지는 것이 바람직하다. 이는, 그러한 검출을 끊임없이 행하는 것이, 검출 동작을 위한 전력 소비량을 증가시키기 때문이다. 그러나, 이러한 비-검출 기간 Ts를 필요 이상으로 길게 설정하면, 급전 대상 장치의 검출에 필요한 시간도 길어지는 경향이 있으므로, 비-검출 기간 Ts를 적절하게 설정할 필요가 있다. 이러한 사실들 사이의 균형을 고려함으로써, 급전 대상 장치를 검출하는 기간(검출 기간 Td) 간의 간격(비-검출 기간 Ts)이, 예를 들어 수동 또는 자동으로 임의로 제어 가능하게 되도록 하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.
상술한 제어부(114)에 의한 급전 대상 장치(2차측 장치)의 검출은, 구체적으로는 이하와 같이 행해진다. 즉, 우선, 예를 들어 도 6의 (a)에서의 부호 G0로 나타낸 바와 같이, 2차측 장치가 근방에 존재하지 않을(없을) 때, 임피던스 Z1의 절대값 |Z1|의 주파수 특성은, 공진 주파수 f0에서의 피크를 나타낸다. 여기서, 이러한 공진 주파수 f0은, 이하의 식 (2) 및 (3)으로 나타낼 수 있다.
f0=1/{2π×√(L1×C1)}……(2)
C1=(C1s×C1p)/(C1s+C1p)……(3)
한편, 도 6의 (a)에서의 화살표 P3L 및 P3H뿐만 아니라 부호 G1로 나타낸 바와 같이, 2차측 장치가 근방에 존재할(있을) 때, 임피던스 Z1의 절대값 |Z1|의 주파수 특성은, 소위 양 봉우리 특성(double hump characteristics)을 나타내게 된다. 즉, 공진 주파수 f0의 고주파측의 주파수 f1H 및 저주파측의 주파수 f1L 각각에 있어서, 피크가 나타나게 된다. 이로 인해, 예를 들어 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 주파수 f1H 및 주파수 f1L 근방의 주파수에서는, 임피던스 Z1의 절대값 |Z1|의 변화량 ΔZ(2차측 장치가 없을 때부터 있을 때까지의 변화량)이, 양의 값이 된다(ΔZ>0).
이것을 이용하여, 제어부(114)는, 임피던스 Z1의 절대값 |Z1|의 증가량(변화량 ΔZ)에 기초하여, 급전 대상 장치의 유무를 판단한다. 구체적으로는, 제어부(114)는, 임피던스의 변화량 ΔZ(> 0)을 소정의 임계값 ΔZth와 비교함으로써, 급전 대상 장치의 존재 유무를 판단한다(단계 S104). 즉, 이러한 변화량 ΔZ(증가량)이 임계값 ΔZth보다도 크면(ΔZ>ΔZth)(단계 S104: "예"), 2차측 장치(급전 대상 장치)가 근방에 존재한다(있다)라고 판단한다(단계 S106). 한편, 이러한 변화량 ΔZ(증가량)이 임계값 ΔZth 이하이면(ΔZ≤ΔZth)(단계 S104: "아니오"), 2차측 장치(급전 대상 장치)가 근방에 존재하지 않는다(없다)라고 판단한다(단계 S105).
이때, 급전 대상 장치와는 다른 이물체(금속 이물체)의 존재 유무에 대해서도 구별하는 것도 가능하다. 즉, 예를 들어 도 6의 (b)에서의 부호 G0 및 G2뿐만 아니라 화살표 P4로 나타낸 바와 같이, 급전 유닛(1)(급전면 S1)의 근방에 금속 이물체가 존재하는(있는) 경우에는, 금속 이물체가 존재하지 않는(없는) 경우에 비해, 임피던스 Z1의 절대값 |Z1|은 감소하는 경향이 있다. 이것은, 금속 이물체에 서 와전류가 발생되어, 전력이 손실되기 때문이다. 따라서, 예를 들어 상술한 주파수 f1H 및 f1L 근방의 주파수에 있어서, 임피던스 Z1의 절대값 |Z1|이, 증가하는 변화를 나타내는지 또는 감소하는 변화를 나타내는지(변화량 ΔZ이 양의 값인지 또는 음의 값인지)에 따라, 그러한 이물체의 존재 유무도 판별 가능하게 된다. 이에 의해, 전력을 송전 코일 L1에 불필요하게 인가하는 것을 방지할 수 있고, 또한 금속 이물체의 발열 등의 우려를 방지할 수 있게 한다.
2차측 장치가 1차측 장치의 근방에 놓였을 때의 주파수 f1H 및 f1L 근방에서의 임피던스 Z1의 절대값 |Z1|의 값은, 2차측 장치의 공진 회로에서의 Q 값의 크기에 의존한다는 점에 유의해야 한다. 즉, 이러한 Q 값이 클수록, 절대값 |Z1|의 값이 커지므로, 검출 동작 시에는, 2차측 장치의 부하는 최대한 높은 저항값인 것이 바람직하다고 말할 수 있다.
여기서, 제어부(114)는, 제어 신호 CTL에서의 주파수 CTL(f)와 듀티비 CTL(D) 중 하나 또는 둘 다를 제어함으로써, 임피던스 Z1의 절대값 |Z1|의 변화량 ΔZ를 조정하는 것이 바람직하다. 이것은, 상술한 주파수 f1H 및 f1L 근방의 주파수와 같이, 급전 대상 장치가 있을 때와 없을 때의 사이에서의 |Z1|의 차(변화량 ΔZ)를 가능한 한 크게(최대로) 설정함으로써, 검출 감도가 향상되기 때문이다.
구체적으로는, 예를 들어 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 제어부(114)는, 주파수 f1H 및 f1L 근방의 주파수가 되도록, 제어 신호 CTL에서의 주파수 CTL(f)를 제어한다.
또한, 예를 들어 도 7의 부분 (A) 및 (B)에 도시한 바와 같이, 제어부(114)는, 임피던스 Z1의 절대값 |Z1|의 변화량 ΔZ가 가능한 한 커지도록, 제어 신호 CTL에서의 듀티비 CTL(D)를 제어한다. 이러한 제어는, 이하의 현상을 이용해서 행해진다. 즉, 예를 들어 도 8의 (a) 및 (b)에서의 부호 P51 및 P52로 나타낸 바와 같이, 상대적으로 높은 듀티비 CTL(D)= 약 50%의 경우(도 7의 부분(A)에 해당)와, 상대적으로 낮은 듀티비 CTL(D)= 약 10%의 경우(도 7의 부분 (B)에 해당)와의 사이에서는, 임피던스 Z1의 절대값 |Z1|에서의 고조파 성분의 크기에 있어서 차이가 있다. 따라서, 예를 들어 도 9에서의 부호 G3L 및 G3H뿐만 아니라 화살표 P5L 및 P5H로 나타낸 바와 같이, 제어부(114)는, 듀티비 CTL(D)의 변화에 따라서 임피던스 Z1의 절대값 |Z1|에서의 고조파 성분의 크기가 변화한다는 사실을 고려하여, 변화량 ΔZ를 조정하는 것이 바람직하다.
여기서, 단계 S106에 있어서 2차측 장치가 근방에 존재한다고 판단되는 경우에는, 이어서, 급전 유닛(1)에 의해, 예를 들어 소정의 장치 인증이 2차측 장치(전자 장치(2A 및 2B))에 대해서 행해진다(단계 S107). 그 후, 급전 유닛(1)은, 상술한 비접촉식 급전 동작을 행하여, 급전 대상 장치인 전자 장치(2A 및 2B)를 충전한다(단계 S108). 즉, 송전부(110)는, 급전 대상 장치가 검출된 후에, 그 급전 대상 장치에 송전을 개시한다. 이러한 급전 동작 시에는, 구체적으로는 예를 들어, 도 10에 도시한 바와 같이, 급전 기간 Tp과 통신 기간 Tc(1차측 장치와 2차측 장치 사이에서의 소정의 통신 동작을 행하는 기간)이, 시분할적으로 및 주기적으로 제공된다.
계속해서, 급전 유닛(1)은, 예를 들어 도 4에 도시한 전체 처리를 종료시킬 지의 여부에 대해서 판단한다(단계 S109). 여기서, 전체 처리가 아직 종료되지 않았다고 판단되면(단계 S109: "아니오"), 급전 유닛(1)은, 예를 들어 미리 설정된 소정 시간이 경과되었는지를 판단한다(단계 S110). 아직 소정 시간이 경과되지 않았다고 판단되면(단계 S110: "아니오"), 흐름은 단계 S108로 복귀되어, 급전 동작을 계속한다. 한편, 소정 시간이 경과했다고 판단되면(단계 S110: "예"), 흐름은 단계 S102로 복귀되어, 2차측 장치의 검출 동작을 행한다. 이와 같이, 전류-전압 검출 유닛(113) 및 제어부(114)는, 송전이 개시된 후에도, 급전 대상 장치의 검출을 정기적으로 실행하는 것이 바람직하다.
전체 처리가 종료된 것으로 판단되면(단계 S109: "예"), 도 4에 도시한 급전 유닛(1)에서의 동작(전체 처리)이 종료된다는 점에 유의해야 한다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 송전부(110) 근방에서의 임피던스 Z1의 변화를 이용하여, 이 송전부(110)에 의한 전력의 급전 대상 장치가 근방에 존재하는지의 여부가 검출된다. 이에 의해, 예를 들어, 구성, 기술 등이 복잡하지 않아도, 급전 대상 장치의 검출을 행할 수 있게 된다.
이상과 같이 본 실시 형태에서는, 송전부(110) 근방에서의 임피던스 Z1의 변화를 이용하여, 이 송전부(110)에 의한 전력의 급전 대상 장치가 근방에 존재하는지의 여부가 검출되므로, 예를 들어 구성, 기술 등이 복잡하지 않아도, 급전 대상 장치의 검출을 행할 수 있다. 따라서, 자계를 사용해서 송전을 행할 때에, 급전 대상 장치를 편리하게 검출할 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 송전 코일 L1과 수전 코일 L2 간의 결합 계수가 0.4 정도 이하로 낮은 경우라도, 급전 대상 장치의 검출을 행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 예를 들어, 자석, 및 자기 센서와 같은 회로의 추가가 불필요하므로, 비용 및 크기를 삭감할 수 있고, 또한 검출을 위한 주파수를 임의로 설정할 수 있게 된다. 따라서, 예를 들어, 자려식(self-excited) 발진 회로 이외의 회로에 있어서도 적용하는 것이 가능하게 된다.
예를 들어, 급전 유닛 자체의 소비 전력을 계측할 목적으로 전류나 전압을 검출하는 회로가 이미 급전 유닛 내에 제공되어 있는 경우에, 전류-전압 검출 유닛(113)가 제공되지 않을 수 있다는 점에 유의해야 한다. 그 경우에는, 추가의 하드웨어가 불필요하게 된다.
<제2 실시 형태>
계속해서, 본 개시물의 제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 상기 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에 대해서는 상기 제1 실시 형태와 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 적절히 생략한다는 점에 유의해야 한다.
[급전 시스템(4A)의 전체 구성]
도 11은, 제2 실시 형태에 따른 급전 시스템(급전 시스템(4A))의 전체의 블록 구성예를 나타낸 것이다. 본 실시 형태의 급전 시스템(4A)도 또한, 자계를 사용해서 비접촉식 송전을 행하는 급전 시스템이며, 급전 유닛(1A)(1차측 장치), 및 급전 대상 장치로서 각각 역할을 하는 1개 또는 그 이상의 전자 장치(여기서는, 2개의 전자 장치(2A 및 2B); 2차측 장치)를 포함하고 있다. 즉, 이러한 급전 시스템(4A)은, 제1 실시 형태의 급전 시스템(4)에서의 급전 유닛(1) 대신에 급전 유닛(1A)을 포함하며, 그 외에 있어서는 급전 시스템(4)의 구성과 동일하다.
(급전 유닛(1A))
급전 유닛(1A)은, 급전 유닛(1)과 마찬가지로, 자계를 사용해서 전자 장치(2A 및 2B)에 대하여 송전을 행한다. 이러한 급전 유닛(1A)은, 송전부(110), 전원 회로(111), 고주파 전력 발생 회로(112), 전류-전압 검출 유닛(113A), 제어부(114) 및 캐패시터 C1을 갖는 송전 유닛(11A)을 포함하고 있다. 즉, 이러한 송전 유닛(11A)에는, 제1 실시 형태에서 설명한 송전 유닛(11)에서의 전류-전압 검출 유닛(113) 대신에 전류-전압 검출 유닛(113A)가 제공된다. 전류-전압 검출 유닛(113A) 및 제어부(114)는, 본 개시물에서의 "검출부"의 구체예에 대응하고 있다는 점에 유의해야 한다.
전류-전압 검출 유닛(113A)는, 제1 실시 형태에서 설명한 교류 전류(전류 I1) 및 AC 전압(전압 V1) 대신에, 송전부(110) 근방의 직류 전류(전류 I2) 및 DC 전압(전압 V2)을 검출한다. 이 전류 I2 및 전압 V2은 각각, 전원 회로(111)로부터 고주파 전력 발생 회로(112)에 공급될 직류 전류 및 DC 전압에 대응하고 있다.
그 다음, 본 실시 형태의 제어부(114)에서는, 송전부(110) 근방의 임피던스로서, 제1 실시 형태에서 설명한 임피던스 Z1 대신에, 직류 전류(전류 I2) 및 DC 전압(전압 V2)에 기초하여 결정된 DC 저항값 R2이 사용된다. 이러한 DC 저항값 R2은, 이하의 식 (4)에 의해 결정된다.
R2=(V2/I2)……(4)
[급전 시스템(4A)의 작용 및 효과]
구체적으로는, 예를 들어, 도 12에 나타낸 본 실시 형태의 급전 유닛(1A)(송전 유닛(11A))의 동작예에서와 같이, 제어부(114)는, 제1 실시 형태에서 설명한 임피던스 Z1의 절대값 |Z1|, 그 변화량 ΔR 및 그 임계값 ΔRth 대신에, 상기 DC 저항값 R2, 그 변화량 ΔR 및 그 임계값 ΔRth를 사용한다(단계 S202 내지 S204).
여기서, 이러한 DC 저항값 R2에 기초하여, 고주파 전력 발생 회로(112)(스위칭 증폭기) 이후로 소비되는 전력이 결정된다. 한편, 임피던스 Z1의 증가는 송전부(110)에 유입하는 전류를 저감시키므로, 송전부(110)에서의 전력 소비가 저감되어, 결과적으로 DC 저항값 R2이 증가하게 된다. 이로 인해, DC 저항값 R2의 크기를 판정함으로써, 임피던스 Z1의 경우와 마찬가지로, 2차측 장치의 존재 유무를 판단하는 것이 가능하다.
이때, 송전부(110) 이외에서의 전력 소비가 크면, 임피던스 Z1의 경향과 DC 저항값 R2의 경향이 서로 일치하지 않아서, 2차측 장치의 검출 정밀도를 저하시킨다. 이러한 송전부(110) 이외에서의 전력 소비의 대부분은, 코일(112L) 및 스위칭 소자(트랜지스터(112T))에 의한 손실이다. 이들에 의한 전력 손실을 저감시키기 위해서는, 손실이 적은 소자를 선택하는 것 이외에도, 전류의 비율을 저감시키기 위해서 높은 DC 전압으로 구동을 수행하거나, 스위칭 증폭기의 구동 듀티비를 저하시켜서 스위칭 소자의 온 기간을 짧게 하는 것을 생각할 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 있어서도, 제1 실시 형태와 유사한 작용에 의해 유사한 효과를 얻는 것이 가능하다. 즉, 자계를 사용해서 송전을 행할 때에, 급전 대상 장치를 편리하게 검출하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서도, 경우에 따라서는 전류-전압 검출 유닛(113A)를 제공하지 않아도 좋고, 그 경우에는 추가의 하드웨어가 불필요하게 된다.
<변형예>
계속해서, 상기 제1 및 제2 실시 형태에 공통인 변형예(변형예 1 내지 6)에 대해서 설명한다. 이들의 실시 형태에서의 구성 요소와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 그에 대한 설명을 적절히 생략한다는 점에 유의해야 한다.
[변형예 1 및 2]
도 13의 (a)은, 변형예 1에 따른 검출 기간 Td1 및 Td2뿐만 아니라 비-검출 기간 Ts를 나타내는 타이밍도이며, 도 13의 (b)은, 변형예 2에 따른 검출 기간 Td1 및 Td2뿐만 아니라 비-검출 기간 Ts를 나타내는 타이밍도이다. 이들 변형예 1 및 2에서는, 이하에서 설명한 바와 같이, 제어 신호 CTL에서의 주파수(CTL(f))에 대해서, 복수 종류의 값(여기서는, 2 종류; 주파수 f1 및 f2)을 사용하고 있다. 즉, 제어부(114)는, 제어 신호 CTL에서의 주파수(CTL(f))에 대해서 복수 종류의 값을 사용하여, 임피던스의 변화량을 조정한다.
구체적으로는, 도 13의 (a)에 나타낸 변형예 1에서는, 제어부(114)는, 급전 대상 장치를 검출하는 검출 기간(검출 기간 Td1 및 Td2 전체에 대응하는 기간) 중에, 2 종류의 값(주파수 f1 및 f2)을 1개씩 순차적으로 사용하고 있다. 이에 의해, 이하 설명하는 도 13의 (b)의 기술에 비해, 검출에 필요로 하는 시간을 상대적으로 짧게 하는 것이 가능하게 된다.
한편, 도 13의 (b)에 나타낸 변형예 2에서는, 제어부(114)는, 급전 대상 장치의 검출 기간마다(검출 기간 Td1 및 Td2 각각마다), 2 종류의 값(주파수 f1 및 f2) 중 1개를 선택적으로 사용하고 있다. 이에 의해, 상술한 도 13의 (a)의 기술에 비해, 검출 동작 시의 소비 전력을 상대적으로 적게 하는 것이 가능하게 된다.
[변형예 3 및 4]
도 14의 (a)은, 변형예 3에 따른 검출 기간 Td1 및 Td3뿐만 아니라 비-검출 기간 Ts를 나타내는 타이밍도이며, 도 14의 (b)은, 변형예 4에 따른 검출 기간 Td1 및 Td3뿐만 아니라 비-검출 기간 Ts를 나타내는 타이밍도이다. 이들 변형예 3 및 4에서는, 이하에 설명한 바와 같이, 제어 신호 CTL에서의 듀티비(CTL(D))에 대해서, 복수 종류의 값(여기서는, 2 종류의 듀티비; Duty1 및 Duty2)을 사용하고 있다.
구체적으로는, 도 14의 (a)에 나타낸 변형예 3에서는, 제어부(114)는, 급전 대상 장치를 검출하는 검출 기간(검출 기간 Td1 및 Td3) 내에, 2 종류의 값(듀티비 Duty1 및 Duty2)을 1개씩 순차적으로 사용하고 있다. 이에 의해, 이하 설명하는 도 14의 (b)의 기술에 비해, 검출 시간을 상대적으로 짧게 하는 것이 가능하게 된다.
한편, 도 14의 (b)에 나타낸 변형예 4에서는, 제어부(114)는, 급전 대상 장치를 검출하는 검출 기간마다(검출 기간 Td1 및 Td3 각각마다), 2 종류의 값(듀티비 Duty1 및 Duty2) 중 1개를 선택적으로 사용하고 있다. 이에 의해, 상술한 도 14의 (a)의 기술에 비해, 검출 동작 시의 소비 전력을 상대적으로 적게 하는 것이 가능하게 된다.
[변형예 5 및 6]
도 15의 (a)은, 변형예 5에 따른 검출 기간 Td1 및 Td4뿐만 아니라 비-검출 기간 Ts를 나타내는 타이밍이며, 도 15의 (b)은, 변형예 6에 따른에 따른간 Td1 및 Td4뿐만 아니라 비-검출 기간 Ts를 나타내는 타이밍도이다. 이들 변형예 5 및 6에서는, 이하에 설명한 바와 같이, 제어 신호 CTL의 주파수(CTL(f)) 및 듀티비(CTL(D))의 양쪽에 대해서, 복수 종류의 값(여기서는, 2 종류의 주파수; f1 및 f2, 및 2 종류의 듀티비 Duty1 및 Duty2)을 사용하고 있다. 즉, 이들 변형예 5 및 6에서는, 상기 변형예 1 및 2는 변형예 3 및 4과 조합된다.
구체적으로는, 도 15의 (a)에 나타낸 변형예 5에서는, 제어부(114)는, 급전 대상 장치를 검출하는 검출 기간(검출 기간 Td1 및 Td4) 중에, 2 종류의 값(주파수 f1 및 f2, 및 듀티비 Duty1 및 Duty2)을 1개씩 순차적으로 사용하고 있다. 이에 의해, 이하에 설명하는 도 15의 (b)의 기술에 비해, 검출 시간을 상대적으로 짧게 하는 것이 가능하게 된다.
한편, 도 15의 (b)에 나타낸 변형예 6에서는, 제어부(114)는, 급전 대상 장치를 검출하는 검출 기간마다(검출 기간 Td1 및 Td4 각각마다), 2 종류의 값(주파수 f1 및 f2, 및 듀티비 Duty1 및 Duty2) 중 1개씩 선택적으로 사용하고 있다. 이에 의해, 상술한 도 15의 (a)의 기술에 비해, 검출 동작 시의 소비 전력을 상대적으로 적게 하는 것이 가능하게 된다.
<그 밖의 변형예>
몇 개의 실시 형태 및 변형예를 이용하여 본 개시물의 기술을 설명했지만, 본 기술은 이들 실시 형태 및 변형예에 한정되지 않고, 다양하게 변형될 수 있다.
예를 들어, 상기 실시 형태 및 변형예에서는, 고주파 전력 발생 회로의 구성을 이용하여 구체적으로 설명했지만, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 하프-브리지 회로나 풀-브리지 회로를 사용하는 구성이 제공될 수 있다.
또한, 상기 실시 형태 및 변형예에서는, 전류-전압 검출 유닛의 구성을 이용하여 구체적으로 설명했지만, 이에 한정되지는 않는다. 다른 구성 및 검출 동작이 사용될 수 있다.
또한, 상기 실시 형태 및 변형예에서는, 급전 대상 장치의 일례로서 전자 장치를 들어 설명했지만, 이에 한정되지는 않는다. 전자 장치 이외의 급전 대상 장치(예를 들어, 전기 자동차 등의 차량)가 사용될 수 있다.
또한, 상기 실시 형태 및 변형예에서는, 급전 장치 및 급전 대상 장치(전자 장치 등)의 각 구성 요소를 구체적으로 설명했다. 그러나, 모든 구성 요소를 제공할 필요는 없고, 또한, 다른 구성이 제공될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 경우에는, 수전 유닛(21) 내에 충전용 배터리가 제공될 수도 있다.
또한, 상기 실시 형태 및 변형예에서는, 급전 시스템 내에 복수(2개)의 급전 대상 장치(전자 장치)가 제공되어 있는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지는 않는다. 급전 시스템 내에는 1개의 급전 대상 장치만이 제공될 수 있다.
또한, 상기 실시 형태 및 변형예에서는, 급전 유닛의 일례로서, 휴대 전화기 등의 소형 전자 장치(CE 장치)용의 충전 트레이를 들어 설명했다. 그러나, 급전 유닛은 그러한 가정용 충전 트레이에 한정되지 않고, 여러 가지 급전 대상 장치(전자 장치 등)용의 충전기로서 적용 가능하다. 또한, 급전 유닛은 트레이가 아닐 수 있고, 예를 들어 소위 크래들(cradle) 등의 전자 장치용의 스탠드일 수 있다.
본 개시물의 상술한 예시적 실시 형태 및 변형예로부터, 적어도 다음과 같은 구성을 실현할 수 있다.
(1) 무선으로 전력을 전송하도록 구성된 송전부; 및
상기 송전부에 동작적으로 접속되어, 상기 송전부 근방의 임피던스의 변화에 기초하여 상기 송전부로부터의 범위 내의 물체를 검출하도록 구성된 검출부
를 포함하는, 송전 장치.
(2) 상기 송전부에 동작적으로 접속되어, 상기 전력을 발생하도록 구성된 전력 발생 회로를 더 포함하는 (1)의 송전 장치.
(3) 상기 전력이 고주파 전력인 (2)의 송전 장치.
(4) 상기 검출부는,
상기 송전부 근방의 전류 및 전압을 검출하도록 구성된 전류-전압 검출 유닛; 및
상기 전류-전압 검출 유닛에 동작적으로 접속되어, 상기 송전부 근방의 검출된 전류 및 전압에 의해 산출된 상기 임피던스의 변화에 기초하여 상기 물체를 검출하도록 구성된 제어 유닛을 포함하는 (2)의 송전 장치.
(5) 상기 검출된 전류는 교류 전류이고, 상기 검출된 전압은 AC인 (4)의 송전 장치.
(6) 상기 검출된 전류는 직류 전류이고, 상기 검출된 전압은 DC이며;
상기 임피던스의 변화는 상기 직류 전류 및 상기 DC 전압에 의해 산출된 저항의 변화인 (4)의 송전 장치.
(7) 상기 검출부는, 상기 임피던스가 증가하는지 또는 감소하는지에 따라, 검출된 상기 물체가 상기 송전부에 의한 급전 대상 장치인지 또는 이물체인지를 판정하도록 구성되는 (1)의 송전 장치.
(8) 상기 판정은, 상기 임피던스의 절대값이 증가하는지 또는 감소하는지에 따라 이루어지는 (7)의 송전 장치.
(9) 상기 판정은, 저항값이 증가하는지 또는 감소하는지에 따라 이루어지는 (7)의 송전 장치.
(10) 상기 검출된 물체는, 상기 임피던스가 증가하는 경우, 상기 송전부에 의한 급전 대상 장치인 (7)의 송전 장치.
(11) 상기 검출된 물체는, 상기 임피던스가 감소하는 경우, 이물체인 (7)의 송전 장치.
(12) 상기 검출부는, 간격을 두고 간헐적으로 상기 물체를 검출하도록 구성되는 (1)의 송전 장치.
(13) 상기 검출부는, 상기 임피던스의 변화를 임계치와 비교함으로써 상기 물체를 검출하도록 구성되는 (1)의 송전 장치.
(14) 상기 제어부가, 상기 물체를 검출하기 위한 각각의 검출 기간 동안, 듀티비가 동일하지만 주파수가 다른 2개의 제어 신호를 순차적으로 제공하도록 구성되는 (4)의 송전 장치.
(15) 상기 제어부가, 상기 물체를 검출하기 위한 2개의 후속 검출 기간마다, 듀티비가 동일하지만 주파수가 다른 2개의 제어 신호를 순차적으로 제공하도록 구성되는 (4)의 송전 장치.
(16) 상기 물체를 검출하기 위한 각각의 검출 기간 동안, 주파수가 동일하지만 듀티비가 다른 2개의 제어 신호를 순차적으로 제공하도록 구성되는 (4)의 송전 장치.
(17) 상기 제어부가, 상기 물체를 검출하기 위한 2개의 후속 검출 기간마다, 주파수가 동일하지만 듀티비가 다른 2개의 제어 신호를 순차적으로 제공하도록 구성되는 (4)의 송전 장치.
(18) 상기 물체를 검출하기 위한 각각의 검출 기간 동안, 듀티비가 다르고 주파수가 다른 2개의 제어 신호를 순차적으로 제공하도록 구성되는 (4)의 송전 장치.
(19) 상기 제어부가, 상기 물체를 검출하기 위한 2개의 후속 검출 기간마다, 듀티비가 다르고 주파수가 다른 2개의 제어 신호를 순차적으로 제공하도록 구성되는 (4)의 송전 장치.
(20) 상기 제어부가, 상기 제어 신호의 주파수와 듀티비 중 적어도 하나를 제어하여, 상기 임피던스의 변화를 조정하도록 구성되는 (4)의 송전 장치.
(21) 송신 장치; 및
수신 장치를 포함하는 송전 시스템으로서,
상기 송신 장치는,
(a) 무선으로 전력을 전송하도록 구성된 송전부, 및
(b) 상기 송전부에 동작적으로 접속되어, 상기 송전부 근방의 임피던스의 변화에 기초하여 상기 송전부로부터의 범위 내에서 수신 장치를 검출하도록 구성된 검출부를 포함하고,
상기 수신 장치는,
(c) 무선으로 상기 전력을 수신하도록 구성된 수전 유닛, 및
(d) 상기 수전 유닛에 동작적으로 접속되어, 상기 수신된 전력에 기초하여 동작을 수행하도록 구성된 부하를 포함하는, 송전 시스템.
(22) 상기 송신 장치는, 상기 송전부에 동작적으로 접속되어, 상기 전력을 발생하도록 구성된 전력 발생 회로를 더 포함하는 (21)의 송전 시스템.
(23) 상기 검출부는,
상기 송전부 근방의 전류 및 전압을 검출하도록 구성된 전류-전압 검출 유닛; 및
상기 전류-전압 검출 유닛에 동작적으로 접속되어, 상기 송전부 근방의 검출된 전류 및 전압에 의해 산출된 상기 임피던스의 변화에 기초하여 상기 물체를 검출하도록 구성된 제어 유닛을 포함하는 (22)의 송전 시스템.
(24) 송전 장치 근방의 전류 및 전압을 검출하는 단계;
검출된 상기 전류 및 전압에 기초하여 임피던스를 산출하는 단계; 및
임피던스의 변화에 기초하여 상기 송전 장치로부터의 범위 내의 물체를 검출하는 단계를 포함하는, 물체 검출 방법.
(25) 상기 임피던스가 증가하는지 또는 감소하는지에 따라, 검출된 상기 물체가 상기 송전 장치에 의한 급전 대상 수전 장치인지 또는 이물체인지를 판정하는 단계를 더 포함하는 (24)의 물체 검출 방법.
(26) 상기 판정은, 상기 임피던스의 절대값이 증가하는지 또는 감소하는지에 따라 이루어지는 (25)의 물체 검출 방법.
(27) 상기 판정은, 저항값이 증가하는지 또는 감소하는지에 따라 이루어지는 (25)의 물체 검출 방법.
(28) 상기 임피던스가 증가하는 경우, 상기 검출된 물체는 수전 장치인 (25)의 물체 검출 방법.
(29) 상기 임피던스가 감소하는 경우, 상기 검출된 물체는 이물체인 (25)의 물체 검출 방법.
(30) 상기 임피던스의 변화를 임계치와 비교하는 단계를 더 포함하는 (24)의 물체 검출 방법.
(31) 간격을 두고 상기 물체가 간헐적으로 검출되는 (24)의 물체 검출 방법.
(32) 상기 검출된 물체가 수전 장치라고 판정한 것에 응답하여, 상기 송전 장치로부터 상기 수전 장치로 전력을 무선으로 전송하는 단계를 더 포함하는 (25)의 물체 검출 방법.
본 출원은 2011년 9월 12일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 JP 2011-197865호에 개시된 것과 관련된 요지를 포함하고, 그 전체 내용은 본 명세서에 참고로 원용된다.
다양한 변형, 조합, 서브 조합 및 변경들이 첨부된 청구 범위 또는 이들의 등가물의 범위 내에 있는 것이면, 설계 조건 및 다른 요인에 따라 그러한 다양한 변형, 조합, 서브 조합 및 변경들이 이루어질 수 있다는 것을 당업자라면 이해하여야 한다.

Claims (13)

  1. 송전기로서,
    수전기의 비접촉식 급전을 행하도록 구성된 코일;
    상기 코일에 직렬로 장착된 저항기;
    상기 저항기에 걸린 전압을 측정하도록 구성된 검출부; 및
    상기 전압에 기초하여 상기 코일로부터 범위 내에 있는 이물체(foreign object)를 검출하도록 구성된 제어부
    를 포함하고,
    상기 검출부는 상기 전압을 측정하도록 구성되고, 상기 제어부는 상기 수전기의 비접촉식 급전이 수행되기 전에 상기 이물체를 검출하도록 구성되는, 송전기.
  2. 제1항에 있어서,
    비접촉식 급전을 위해, 상기 코일은 상기 수전기의 수전부에 무선으로 전력을 전송하도록 구성되고, 상기 수전기는 상기 수전부에 전송되는 전력에 기초하여 미리정해진 동작들을 수행하도록 구성되는 부하를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 부하에 의해 동작들을 수행하기 위한 전력이 상기 코일에 의해 상기 수전기에 무선으로 전송되기 전에, 상기 이물체를 검출하도록 구성되는, 송전기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 부하는 상기 수전부에 전송되는 전력에 기초하여 배터리를 충전하도록 구성되는, 송전기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 검출부는 상기 전압을 주기적으로 측정하도록 구성되는, 송전기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 이물체를 주기적으로 검출하도록 구성되는, 송전기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전압에 기초하여 임피던스를 모니터링하고 상기 임피던스에 기초하여 상기 이물체를 검출하도록 구성되는, 송전기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 임피던스의 변화는 상기 수전기의 공진 주파수의 변화에 의해 야기되고,
    상기 코일이 비접촉식 급전을 수행할 때의 상기 수전기의 제1 공진 주파수, 및 상기 제어부가 상기 이물체를 검출할 때의 상기 수전기의 제2 공진 주파수는 서로 다른, 송전기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 검출부에 동작적으로 접속되어, 상기 전압에 기초하여 상기 임피던스를 모니터링하고 상기 임피던스에 기초하여 상기 이물체를 검출하도록 구성되는, 송전기.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 임피던스를 임계치와 비교하고, 그 비교 결과에 기초하여 상기 이물체를 검출하도록 구성되는, 송전기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 코일은 또한, 전기적으로 병렬로, 직렬로, 또는 병렬과 직렬의 조합으로 커패시터에 접속되도록 구성되는, 송전기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 또한, 상기 전압에 기초하여 상기 수전기를 검출하도록 구성되는, 송전기.
  12. 코일에 직렬로 장착된 저항기에 걸린 전압을 측정하는 단계;
    상기 전압에 기초하여 상기 코일로부터 범위 내에 있는 이물체를 검출하는 단계; 및
    상기 전압을 측정하는 단계 후에 그리고 상기 이물체를 검출하는 단계 후에, 이물체가 존재하지 않는 경우, 상기 코일을 이용하여 수전기의 비접촉식 급전을 수행하는 단계
    를 포함하는 방법.
  13. 급전 시스템으로서,
    제1항에 따른 송전기, 및 수전기를 포함하는 급전 시스템.
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