TW201505315A - 送電裝置、送受電裝置、受電裝置檢測方法、受電裝置檢測程式及半導體裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明之目的在於提供一種不追加複雜電路即可高精度地進行置放在2次側之裝置/機器與異物之判定之送電裝置。具備：控制部(5a)，設定驅動諧振電路之訊號之驅動頻率；轉換器部(2)，根據控制部(5a)之設定，以三個以上之驅動頻率驅動諧振電路；以及波形監測器部(4)，檢測諧振電路之驅動波形。控制部(5a)依據儲存在記憶部(5b)之程式之步驟，設定三個以上之驅動頻率，比較驅動波形檢測部所檢測之各驅動頻率之訊號資料，根據該比較結果檢測受電裝置(50)。

Description

送電裝置、送受電裝置、受電裝置檢測方法、受電裝置檢測程式及半導體裝置
本發明係關於一種從非接觸通訊裝置傳送電力或接受電力之送電裝置、送受電裝置、受電裝置檢測方法、受電裝置檢測程式及半導體裝置。本申請以2013年3月22日在日本申請之日本特許申請號特願2013-60646為基礎主張優先權，參照該申請並將其內容援用於本申請。
利用電磁感應之非接觸通訊技術，頻繁地適用於Felica(註冊商標)、Mifare(註冊商標)或NFC(Near Field Communication)等之IC卡。近年來，亦適用於以Qi格式為代表之非接觸充電(供電)技術，應用範圍有變廣之傾向。在非接觸充電技術之領域，除了對行動資訊終端之適用外，為了適應電動車等，稱為磁共振方式之即使遠距離亦可傳送電力之技術之開發亦積極地進行。實際上，在電磁感應方式或磁共振方式，在電力之傳送/接受皆使用諧振電路，因此可對該等進行相同之處理。
然而，在非接觸IC卡與讀寫器間之非接觸通訊，與進行較大電力之傳送/接受之非接觸充電同樣地，必須從1次側(讀寫器、或者送電裝置)往2次側(非接觸IC卡、或者受電裝置)傳送電力。在此情形，必須辨識是否有待從1次側往2次側傳送電力之對象(接觸IC卡、或者受電裝置)。再者，即使在2次側有對象，亦必須辨識該對象是否為傳送電力之正確對 象。例如圖16所示，藉由1次側往2次側傳送檢測訊號，使2次側啟動(步驟S20)，2次側之裝置/機器以傳送來之訊號作為電力啟動，對1次側進行回應(步驟S21)。之後，1次側之裝置對2次側之裝置/機器傳送機器認證用之訊號，等待來自2次側之認證回應及要求電力回應(步驟S22)。1次側之裝置，只要2次側之裝置/機器可認證，則進入傳送要求電力之受電模式，若無法認證，則進行動作停止等之錯誤處理(步驟S23)。在各非接觸通訊系統或非接觸充電系統，設計有此種電力傳送之協定。
此處，由於1次側之裝置無法得知2次側之裝置/機器何時進入1次側之通訊區域，因此恆以一定間隔產生被稱作輪詢之2次側之裝置/機器檢測用之訊號，並加以傳送。
如上述，若經常進行輪詢，則在以電池動作之行動電話或智慧型手機等，耗電會增加，因此能以極少耗電進行2次側之裝置/機器之檢測之要求變強。
專利文獻1：日本特開2009-033782號公報
為了抑制輪詢動作造成之耗電，可考慮使輪詢週期變長或降低輪詢之送訊電力之輸出等之對策。然而，若輪詢週期變長，則檢測時間變長，若降低送訊電力，則檢測範圍變窄。
若不等待2次側之回應，進行2次側之裝置/機器之檢測，則可縮短每一次輪詢之送訊時間。
2次側之裝置/機器進入1次側之裝置之通訊區域內後，產生1次側與2次側之磁耦合，流至1次側之天線之電流變小，電流波形產生變 化。然而，即使在2次側有金屬板等異物亦會磁耦合，因此產生1次側之波形變化。對上述非應傳送電力之對象，1次側之裝置必須辨識「異物」以不進行送電。
例如，在專利文獻1，揭示有利用上述1次側之電流變化之特性檢測2次側之金屬等異物之技術。然而，此方法中，為了在1次側之諧振頻率與通常動作時之動作頻率之間之頻率檢測流至天線之電流波形之不同，會有取得電流波形並進行判定之電路之構成變複雜之問題。又，為了對置放在2次側之裝置/機器具有之諧振頻率之偏差或變動進行修正，會有電路更複雜且不易調整之問題。
因此，本發明之目的在於提供一種不追加複雜電路即可高精度地進行置放在2次側之裝置/機器與異物之判定之送電裝置、送受電裝置、受電裝置檢測方法、受電裝置檢測程式及半導體裝置。
作為用以解決上述課題之手段，本發明一實施形態之送電裝置，係使用諧振電路以非接觸方式與受電裝置進行電力傳送之送電裝置。該送電裝置，具備：控制部，設定驅動諧振電路之訊號之驅動頻率；驅動部，根據控制部之設定，以三個以上之驅動頻率驅動諧振電路；以及驅動波形檢測部，檢測諧振電路之驅動波形。此外，控制部設定三個以上之驅動頻率，比較驅動波形檢測部所檢測之各驅動頻率之訊號資料，根據該比較結果檢測受電裝置。
又，本發明另一實施形態之送受電裝置，係使用諧振電路以非接觸方式與受電裝置或其他送受電裝置進行電力傳送之送受電裝置。該送受電裝置，具備：控制部，設定驅動諧振電路之訊號之驅動頻率；驅動 部，根據控制部之設定，以三個以上之驅動頻率驅動諧振電路；以及驅動波形檢測部，檢測諧振電路之驅動波形。此外，控制部設定三個以上之驅動頻率，比較驅動波形檢測部所檢測之各驅動頻率之訊號資料，根據該比較結果檢測受電裝置或其他送受電裝置。
本發明另一實施形態之受電裝置檢測方法，係在使用諧振電路以非接觸方式從送電裝置往受電裝置進行電力傳送時，檢測有無受電裝置之受電裝置檢測方法。該受電裝置檢測方法，藉由控制部設定驅動諧振電路之訊號之驅動頻率；藉由驅動部，根據控制部之設定，以三個以上之驅動頻率驅動諧振電路；藉由驅動波形檢測部，檢測諧振電路之驅動波形。此外，控制部設定三個以上之驅動頻率，比較驅動波形檢測部所檢測之各驅動頻率之訊號資料，根據該比較結果檢測受電裝置。
本發明另一實施形態之受電裝置檢測程式，係具備儲存程式之記憶部、具有使儲存之程式展開並執行之處理單元之控制部之非接觸充電用之受電裝置之受電裝置檢測程式，在使用諧振電路以非接觸方式從送電裝置往受電裝置進行電力傳送時，檢測有無受電裝置之受電裝置檢測程式。該受電裝置檢測程式，具有：藉由控制部設定驅動諧振電路之訊號之驅動頻率之步驟；藉由驅動部，根據控制部之設定，以三個以上之驅動頻率驅動諧振電路之步驟；以及藉由驅動波形檢測部，檢測諧振電路之驅動波形之步驟。此外，控制部設定三個以上之驅動頻率，比較驅動波形檢測部所檢測之各驅動頻率之訊號資料，根據該比較結果檢測受電裝置。
本發明另一實施形態之半導體裝置，具備儲存受電裝置檢測程式之記憶部。
本發明另一實施形態之半導體裝置，進一步具備使受電裝置檢測程式展開並執行之控制部。
本發明中，由於以三個以上之驅動頻率驅動諧振電路，因此配置有受電裝置時與配置有金屬等異物時之驅動電流波形之不同明確，可短時間且容易地檢測受電裝置。
1‧‧‧送電裝置
2‧‧‧轉換器部
3‧‧‧收發訊部
3a‧‧‧天線部
3b,11b‧‧‧可變容量電容器
4‧‧‧波形監測器部
5‧‧‧控制系統部
5a‧‧‧控制部
5b‧‧‧記憶部
50‧‧‧受電裝置
50a‧‧‧送受電裝置
51‧‧‧2次電池
52‧‧‧收發訊部
52a‧‧‧天線部
53‧‧‧轉換器部
54‧‧‧波形監測器部
55‧‧‧控制系統部
55a‧‧‧控制部
55b‧‧‧記憶部
56‧‧‧整流部
57‧‧‧充電控制部
58‧‧‧充電SW
60‧‧‧機器本體
70‧‧‧其他送受電裝置
圖1係顯示本發明適用之一實施形態之送電裝置之構成例之方塊圖。
圖2A係顯示包含本發明適用之一實施形態之受電裝置之電力傳送系統之主要部位之構成例之方塊圖。圖2B係顯示圖2A之細部即諧振電路之構成例之方塊圖。
圖3A及圖3B係顯示用以變更諧振電路之諧振頻率之構成例之電路圖。圖3A係顯示使用可變容量電容器作為諧振電容器之情形，圖3B係顯示使用固定電容器作為諧振電容器之情形之例。
圖4A係顯示可變容量電容器之靜電容之直流偏壓依存性之一例之圖表，圖4B係顯示使用圖4A之可變容量電容器之諧振電路之諧振頻率之直流偏壓依存性之一例之圖表。
圖5A及圖5B係顯示往送電側及受電側之電路流動之電流值之頻率特性之概念圖。圖5A係顯示將不具頻率特性之金屬配置在受電側之情形，圖5B係顯示將具有與送電側相同之頻率特性之諧振電路配置在受電側之情形之送電側之頻率特性之變化之有無。
圖6A係顯示將金屬配置在受電側之情形之往送電側之諧振電路流動 之電流之頻率特性之實測值，圖6B係顯示將具有與送電側相同之頻率特性之諧振電路配置在受電側之情形之送電側之頻率特性之實測值。
圖7係顯示在弱耦合時往送電側及受電側之電路流動之三個驅動頻率之電流值之頻率特性之概念圖。
圖8係在弱耦合時為了檢測受電側之裝置，改變送電側之諧振電路之諧振頻率，各諧振電路之電流之頻率特性之實測值，在受電側配置有金屬之情形之圖表。
圖9係在弱耦合時為了檢測受電側之裝置，改變送電側之諧振電路之諧振頻率，各諧振電路之電流之頻率特性之實測值，在受電側配置有與送電側之諧振頻率相同頻率之諧振電路之情形之圖表。
圖10係在弱耦合時為了檢測受電側之裝置，改變送電側之諧振電路之諧振頻率，各諧振電路之電流之頻率特性之實測值，在受電側配置有較送電側之諧振頻率高之頻率之諧振電路之情形之圖表。
圖11A及圖11B係用以說明受電側之裝置在送電側之裝置隨著時間經過距離變短之情形之檢測步驟之圖。圖11A係顯示最先進行三個驅動頻率f01、f0、f02中之f0之情形，圖11B係顯示最後進行三個驅動頻率f01、f0、f02中之f0之情形。
圖12A~圖12E係顯示在相同頻率特性上比較往送電側之諧振電路流動之電流之檢測圖案。圖12A係顯示往右上圖案，圖12B係顯示往右下圖案，圖12C係顯示往上凸圖案，圖12D係顯示往下凸圖案，圖12E係顯示平坦圖案。
圖13A~圖13D係顯示改變送電側之諧振電路之諧振頻率，分別適用圖 12之圖案之情形之弱耦合用圖案。圖13A係顯示往各諧振電路流動之電流之最大值成為平坦之情形之弱耦合用圖案，圖13B係顯示具有中心之諧振頻率(與受電側之諧振頻率相等)之諧振電路流動之電流之最大值較其他低之情形之弱耦合用圖案，圖13C係顯示隨著諧振電路之諧振頻率變高流動之電流之最大值變低之情形之弱耦合用圖案，圖13D係顯示隨著諧振電路之諧振頻率變高流動之電流之最大值變高之情形之弱耦合用圖案。
圖14係用以說明本發明一實施形態之受電裝置檢測方法之流程圖。
圖15係顯示本發明另一實施形態之送受電裝置之構成例之方塊圖。
圖16係顯示在習知非接觸充電裝置或非接觸通訊裝置使用之受電裝置之檢測步驟之流程圖。
以下，參照圖式詳細說明用以實施本發明之形態。此外，本發明並不僅限於以下實施形態，在不脫離本發明要旨之範圍內當然可進行各種變更。此外，說明係依據以下順序進行。
1.送電裝置之構成例
2.送電裝置之原理及動作
2-1.受電裝置及異物之情形分別之天線電流之頻率特性之不同
2-2.在弱耦合時天線電流之頻率特性之不同之檢測
2-3.受電裝置側之諧振頻率偏移
2-4.耦合係數變化時之天線電流之頻率特性之不同之檢測
2-5.檢測圖案之設定
3.受電裝置之檢測方法
4.送受電裝置之構成例
1.送電裝置之構成例
如圖1所示，本發明適用之一實施形態之送電裝置1具備具有與受電裝置50具備之2次側天線52a電磁耦合之1次側天線3a之收發訊部3。又，送電裝置1具備將商用電源6(或者太陽光發電輸出之直流電力亦可)轉換成既定驅動頻率以驅動收發訊部3之1次側天線3a之轉換器部2。又，送電裝置1具備取得1次側天線3a之電流波形之波形監測器部4、及根據波形監測器部4所取得之電流值對轉換器部2進行驅動頻率之設定之控制系統部5。
收發訊部3，如圖2所示，具有1次側天線3a、及作為與1次側天線3a之電感一起決定諧振頻率之諧振電容器之可變容量電容器VAC。此外，關於2次側(受電裝置50)之收發訊部52，如圖2所示，具有相同之構成，具有2次側天線52a、及作為與2次側天線52a之電感一起決定2次側之諧振頻率之諧振電容器之可變容量電容器VAC。此外，在非接觸通訊用之IC卡之情形，諧振電容器係固定。
更詳細而言，如圖3A及圖3B所示，送電裝置1之1次側天線3a與作為諧振電容器之可變容量電容器3b構成諧振電路。如後述，此諧振電路之諧振頻率可藉由依據1次側(送電裝置1)之控制系統部5之指示變更可變容量電容器3b之兩端之直流偏壓電壓進行設定值之變更。此外，關於2次側(受電裝置50)之諧振頻率，連接於2次側天線52a之可變容量電容器52b根據2次側之控制系統部55之指示變更容量值，可改變諧振頻率。
如圖3A所示，在1次側天線3a(電感L1)串聯或並聯有諧振電容器，圖中顯示並聯有可變容量電容器(C2)11b之例。在可變容量電容器(C2)11b之兩端透過電阻R1,R2連接直流之可變電源即控制電源。電阻R1,R2係選定充分大之電阻值者以使天線側之交流電源不流入控制電源。此處，二個電容器C1,C3係用以使來自控制電源之直流不流入天線側之交流截斷用之電容器，可為固定電容器，亦可選定較可變容量電容器(C2)11b之容量值充分大之容量值者。
若改變控制電壓之值，則施加於可變容量電容器(C2)11b之兩端之直流電壓改變，與此對應地容量值變化。可變容量電容器(C2)11b之容量值，如圖4A所示，相對於施加於兩端之直流偏壓電壓具有負之係數。是以，若使施加於兩端之直流偏壓電壓增加，則如圖4B所示，能使諧振頻率變高。此外，2次側之天線部52a之諧振頻率，當然亦可與1次側之天線部3a同樣地變更。
此外，為了使諧振電容器之容量值變更以使天線部3之諧振頻率變更，如圖3B所示，亦可並聯複數個固定電容器，藉由電晶體開關Tr1,Tr2之ON/OFF之組合切換此等固定電容器C4,C5,C6。控制電壓之設定及輸出在控制部5a進行。
轉換器部2具有商用電源6輸入且首先暫時轉換成直流之整流平滑電路，以控制部5a設定之驅動頻率(較佳為正弦波)驅動1次側天線部3a。驅動部之電路構成可與驅動天線部3a之電力對應地任意設定成半橋接、全橋接構成等，選定與施加於天線部3a之電壓、流動之電流對應之電晶體，組合即可。
波形監測器部4測定流至天線部3a之電流，較佳為保持該電流之峰值。電流之測定，可藉由串列插入天線部3a之線圈之電阻測定，亦可藉由霍爾元件等檢測，只要使用其他周知手段即可。取得之峰值電流值，較佳為，亦可以A/D轉換器轉換數位訊號，根據控制部5a之指示儲存於記憶部5b。又，亦可儲存於波形監測器部4本身具有之暫時記憶部。此外，關於波形監測器部4所取得之包含天線部3a之諧振電路之特性，可任意設定成電流之峰值、實效值等，並不限於電流值之測定，當然亦可取得電壓之峰值、實效值等。
控制系統部5，較佳為，包含寫入有表示送電裝置1之動作步驟之程式之記憶部5b、及依據記憶部5b之步驟控制送電裝置1之動作之控制部5a。控制部5a為例如CPU(Central Processing Unit)或微控制器。記憶部5b可為例如搭載於微控制器之遮罩ROM，亦可為EPROM、EEPROM等。此外，並不限於此等。
構成控制系統部5之控制部5a，依據儲存於記憶部5b之程式，對轉換器部2設定驅動天線部3a之驅動頻率。轉換器部2，以設定之驅動頻率之正弦波振盪，驅動天線部3a。受電裝置50，在位於送電裝置1之通訊區域時，因2次側之天線部52a之諧振電路之存在，流至天線部3a之電流產生變化，以波形監測器部4取得此。或者，在受電裝置50之位置存在金屬等異物時，亦藉由波形監測器部4取得其電流值之峰值。
在控制系統部5，控制部5a依據儲存於記憶部5b之程式變更驅動頻率，反覆既定次數取得對變更後之驅動頻率之天線部3a之電流之峰值之動作，取得流至諧振電路之電流之頻率特性。分別比較對取得之驅 動頻率之峰電流值，藉由設成檢測圖案，與對預先設定在記憶部5b等之受電裝置之有無之峰電流值之檢測圖案比較，藉此在控制部5a判定有無受電裝置。
2.送電裝置之原理及動作
以下，針對本發明一實施形態之送電裝置判定有無受電裝置之原理，分成幾個情形，與其動作一起進行說明。
2-1.受電裝置及異物之情形分別之天線電流之頻率特性之不同
圖5A及圖5B係顯示流至構成1次側之送電裝置1之諧振電路之天線部3a之電流之頻率特性與流至2次側之受電裝置50之天線部52a或金屬(異物)之電流之頻率特性之概略。上側之圖係受電/異物之側、下側之圖係送電側之頻率特性。
圖5A係顯示流至在2次側配置有金屬之情形之送電裝置1之天線部3a之電流之頻率特性之概要。1次側之送電裝置1，天線部3a構成諧振頻率f0之諧振電路，諧振電路之頻率特性呈現以諧振頻率f0為峰值之單峰特性。考量在2次側配置金屬，金屬之頻率特性相較於一般非接觸通訊裝置或充電裝置之驅動頻率、諧振頻率所使用之頻率(RFID所使用之頻率係13.56MHz等)高很多，因此成為大致平坦之頻率特性。此種在2次側配置有金屬之情形，即使以諧振頻率f0驅動1次側之諧振電路，亦只不過是取得遵循1次側之諧振電路之頻率特性之特性，亦即取得天線部3a之頻率特性本身。
另一方面，如圖5B所示，考量在2次側配置具備具有與1 次側之諧振頻率相同諧振頻率之諧振電路之受電裝置。如此，呈現虛線般單峰特性之1次側之諧振電路之頻率特性成為呈現粗線般雙峰特性。將具有與1次側之送電裝置1之諧振頻率相同諧振頻率之諧振電路之受電裝置50配置在2次側後，流至1次側之天線部3a之電流出現顯著之波形變化。
圖6A係描繪在2次側配置有線圈之情形之1次側之天線部3a之電流之頻率特性之實測值。圖中所示之K係表示1次側天線部3a與2次側天線部52a之耦合強度之耦合係數。設1次側及2次側天線部3a,52a之自我電感分別為L1,L2、分別之相互電感為M，則以下關係成立。
M=K‧(L1×L2)0.5
K愈大表示1次側與2次側之耦合愈強。如圖6A所示，相較於K=0.1時，隨著K=0.2、0.4、0.6耦合係數愈大，更大之電力傳送至2次側，因此頻率特性之峰值降低。
接著，圖6B係描繪在2次側配置有與1次側相同諧振頻率之諧振電路之情形之1次側之天線部3a之電流之頻率特性之實測值。在K=0.2以上，電流之頻率特性呈現具有二個峰值之雙峰特性。
以上述方式，若判定流至1次側之諧振電路之電流之頻率特性成為單峰特性或雙峰特性，則可檢測在2次側配置有受電裝置或配置有受電裝置以外之金屬等。
更具體而言，為了取得流至諧振電路之電流之頻率特性，如圖7所示，以諧振電路之諧振頻率f0為中心，以低△f之頻率f01之訊號1驅動諧振電路(將此頻率設為驅動頻率)，又，以較諧振頻率f0高△f之驅動頻率f02之訊號2驅動諧振電路。如此，如圖7之下側之圖之粗線般，藉由 與諧振頻率f0時之電流值比較，適當地選擇驅動頻率f01、f02，可判定諧振電路之頻率特性是否為雙峰特性。此外，當然亦可使用以取得電流值之驅動頻率之設定值進一步增加或使驅動頻率類比變化，取得與驅動頻率對應之電流值。
2-2.在弱耦合時天線電流之頻率特性之不同之檢測
如上述，測定流至構成1次側之諧振電路之天線部3a之電流之頻率特性，判定峰值為一個(單峰特性)或二個(雙峰特性)，藉此可檢測有無受電裝置，但如圖6B所示，在1次側與2次側之耦合弱之情形(K=0.1)，即使在2次側配置受電裝置，雙峰特性亦不會出現，無法檢測與受電裝置以外之金屬等異物之不同。
因此，變更1次側之諧振條件，改變諧振電路之諧振頻率。此外，取得流至具有各諧振頻率之諧振電路之電流之頻率特性。如此，只要2次側之受電裝置50之諧振電路具有與1次側之原本之諧振頻率f0相等之諧振頻率，即使耦合較弱，在諧振頻率f0附近亦進行電力傳送，流至1次側之諧振電路之電流，較在其他頻率之電流值小。
圖8係顯示描繪流至在2次側配置線圈且耦合係數K=0.1之情形之1次側之天線部3a之電流之頻率特性之實測值之圖表。此處，2次側之線圈未構成諧振電路。包含天線部3a之諧振電路之諧振頻率f0，係在RFID一般使用之13.56MHz。圖8中之實線之圖表，係流至諧振頻率f0(=13.56MHz)之諧振電路之電流i之頻率特性。虛線之圖表係流至較f0低△f(=1MHz)之諧振頻率f01(=12.56MHz)之諧振電路之電流i1之頻率特性。一點鏈線之圖表係流至較f0高△f之諧振頻率f02(=14.56MHz)之諧振電路之電 流i2之頻率特性。此外，關於設定之頻率，只要依據使用之諧振電路之頻率特性設定即可，又，當然可配合在非接觸電力傳送系統使用之120kHz等用途來任意設定。
在流至諧振頻率f0之諧振電路之電流i之頻率特性，頻率為f0時電流i(f0)接近最大值。是以，i(f0)與頻率f01時之電流i(f01)及頻率f02時之電流i(f02)之大小關係如下。
i(f0)>i(f01),i(f02) (1)
在流至諧振頻率f01之諧振電路之電流i1之頻率特性，頻率為f01時電流i1(f01)接近最大值。是以，i1(f0)與i1(f01)與i1(f02)之大小關係如下。
i1(f01)>i1(f0)>i1(f02) (2)
同樣地，在流至諧振頻率f02之諧振電路之電流i2之頻率特性，頻率為f02時電流i2(f02)接近最大值。是以，i2(f0)與i2(f01)與i2(f02)之大小關係如下。
i2(f01)<i2(f0)<i2(f02) (3)
由於在2次側之電路無頻率特性，因此在上述三個頻率特性之電流之最大值大致相等。
i(f0)≒i1(f01)≒i2(f02) (4)
接著，圖9係顯示描繪流至在2次側配置有具有與1次側之諧振頻率f0相等之諧振頻率之諧振電路之情形之1次側之天線部3a之電流之頻率特性之實測值之圖表。包含天線部3a之諧振電路之諧振頻率f0，與圖8之情形相同，設為在RFID一般使用之13.56MHz。圖9中之實線之圖表， 係流至諧振頻率f0(=13.56MHz)之諧振電路之電流i之頻率特性。虛線之圖表係流至較f0低△f(=1MHz)之諧振頻率f01(=12.56MHz)之諧振電路之電流i1之頻率特性。一點鏈線之圖表係流至較f0高△f之諧振頻率f02(=14.56MHz)之諧振電路之電流i2之頻率特性。
在流至諧振頻率f0之諧振電路之電流i之頻率特性，成為與圖8之情形相同。亦即，i(f0)與頻率f01時之電流i(f01)及頻率f02時之電流i(f02)之大小關係成為上述式(1)之關係。
同樣地，關於流至諧振頻率f01之諧振電路之電流i1之頻率特性，在f0、f01、f02之各電流值i1(f0)、i1(f01)、i1(f02)之大小關係成為式(2)之關係。
關於流至諧振頻率f02之諧振電路之電流i2之頻率特性，在f0、f01、f02之各電流值i2(f0)、i2(f01)、i2(f02)之大小關係成為式(3)之關係。
另一方面，在各頻率之電流之峰值i(f0)、i1(f01)、i2(f02)之大小關係如下。
i(f0)<i1(f01),i2(f02) (5)
由於2次側之諧振電路之諧振頻率f0與1次側之諧振電路之諧振頻率f0相同，在該頻率f0，由於從1次側往2次側傳送電力，因此1次側之諧振電路之電流之峰值減少，隨著從2次側之諧振頻率f0偏移，表示電流之峰值增加。
如上述，對具有三個不同諧振頻率之諧振電路之各個，設定三個驅動頻率以取得頻率特性，在對各諧振電路之電流之最大值無變化之情形，可判定配置在2次側者並非受電裝置50，而是金屬等異物。
2-3.受電裝置側之諧振頻率偏移
雖亦會有在2次側(受電裝置側)配置非接觸IC卡之情形，但在非接觸IC卡，與通訊格式不同之IC卡等重疊置放或和遮蔽磁場之金屬製物品一起攜帶步行之情形較多，考量此等將諧振電路之諧振頻率設定較高之情形較多。
如上述，若2次側之諧振電路之諧振頻率與1次側之諧振頻率相等，則產生電力傳送，因此在1次與2次之耦合較強之情形(例如，K為0.2以上)，流至1次側之諧振電路之電流之頻率特性，與單純金屬等異物具有顯著不同。又，即使1次與2次之耦合較弱、耦合係數小之情形(例如，K為0.1程度)，1次側之諧振電路之諧振頻率與原本之諧振頻率不同，藉由取得電流之頻率特性，可檢測與異物之頻率特性之不同。
再者，本發明中，即使是因上述事情而諧振頻率設定較高之非接觸IC卡配置在2次側之情形，產生與金屬等異物之頻率特性之不同，可進行檢測。
將2次側之諧振頻率設定成16MHz，將1次側之諧振頻率與圖8、圖9之情形同樣地設定成13.56MHz，實測流至1次側之諧振電路之電流之頻率特性。如圖10所示，在流至諧振頻率f0之諧振電路之電流i之頻率特性，成為與圖8之情形相同之傾向。亦即，i(f0)與頻率f01時之電流i(f01)及頻率f02時之電流i(f02)之大小關係成為上述式(1)之關係。
關於流至諧振頻率f01之諧振電路之電流i1之頻率特性，在f0、f01、f02之各電流值i1(f0)、i1(f01)、i1(f02)之大小關係成為上述式(2)之關係。
關於流至諧振頻率i02之諧振電路之電流i2之頻率特性，在f0、f01、f02之各電流值i2(f0)、i2(f01)、i2(f02)之大小關係成為上述式(3)之關係。
另一方面，在各頻率之電流之最大值i(f0)、i1(f01)、i2(f02)之大小關係如下。
i1(f01)>i(f0)>i2(f02) (6)
由於f01、f0、f02皆較2次側之諧振頻率f0’低，因此依式(6)之大小關係之順序，1次與2次之耦合變強，表示1次側之電流之峰值降低之傾向。
此外，在2次側之裝置/機器之諧振頻率設定成較1次側之諧振頻率低之情形，若考量與上述情形相同，依式(6)之大小關係之順序，1次與2次之耦合變弱，1次側之電流之峰值成為上升之傾向。
2-4.耦合係數變化時之天線電流之頻率特性之不同之檢測
若考量非接觸IC卡或行動電話等用以實現非接觸IC卡之功能而搭載之非接觸通訊模組之利用形態，可認為此等裝置/機器與送電裝置或讀寫器般送訊裝置之距離隨時間變化。一般而言，一邊使非接觸IC卡等接近讀寫器一邊耦合之情形較多。如此，由於1次與2次之距離隨時間變短，因此耦合係數隨時間變大。
如圖11A及圖11B所示，耦合係數K隨時間變大，流至1次側之諧振電路之電流之頻率特性依實線圖表、虛線圖表、一點鏈線圖表之順序隨時間變化。
對如上述變化之耦合係數檢測在2-1、2-2等說明之頻率特性 之不同之情形，必須注意與測定之電流值對應之頻率之設定之順序(測定之順序)。
如圖11A所示，依照1次側之諧振電路之諧振頻率f0(=13.56MHz)、較f0低△f之頻率f01(=12.56MHz)、較f0高△f之頻率f02(=14.56MHz)之順序測定電流值，則1次與2次之耦合依序變強，因此各電流值成為以下之關係。將電流值i作為頻率f0x與耦合係數K之函數，表示成i=i(f0x,K)，則上述關係能表示如下。
i(f0,K=0.1)>i(f01,K=0.2)>i(f02,K=0.4) (7)
此外，i(f01,K=0.2)與i(f02,K=0.4)之大小關係，若先測定f02，則成為i(f02,K=0.2)>i(f01,K=0.4)，因此一般而言成為如下。
i(f0,K=0.1)>i(f0x,K>0.1)(x=1或2) (7’)
如圖11A之虛線或一點鏈線之圖表所示，儘管在2次側配置有受電裝置/機器之情形，電流之頻率特性實質上不會成為雙峰特性關係，會誤檢測。
因此，若最後測定在1次側之諧振頻率f0之電流值，則可檢測1次側之諧振電路之電流值之頻率特性。
如圖11B所示，若以較1次側之諧振頻率f0低△f之頻率f01、較1次側之諧振頻率f0高△f之頻率f02、1次側之諧振頻率f0之順序測定電流值，則滿足上述式(5)，可檢測2次側之裝置/機器。
2-5.檢測圖案之設定
使用上述原理，使對於1次側之諧振電路之電流值之頻率之大小關係圖案化，藉此可進行2次側之裝置/機器之有無判定。
圖12A~圖12E係顯示對設定有一個諧振頻率之諧振電路取得此諧振電路流動之電流之頻率特性之情形，測定諧振頻率與該諧振頻率前後之驅動頻率之電流值之情形之電流值之大小關係之圖案。黑圓表示對該驅動頻率之電流值。圖12A~圖12E皆測定三個頻率之電流值，表示其大小關係，測定頻率從左起依序為f01、f0、f02。圖12A中，顯示往右上之傾向(圖案P1)，圖12B中，設定顯示往右下之傾向之圖案P2。圖12C中，設定往上凸傾向之圖案P3，圖12D中，設定往下凸傾向之圖案P4。圖12E係平坦之圖案P5。
如在2-1說明，在2次側配置有金屬等異物之情形，由於異物不具有頻率特性，因此若測定1次側之諧振電路之電流之頻率特性，則成為圖12E之平坦傾向之圖案P5(式(4))。
若在2次側配置具有與1次側之諧振電路之諧振頻率f0相等之諧振頻率f0之諧振電路之受電裝置/機器，則顯示圖12D之往下凸傾向之圖案P4(式(5))。
此外，若使取得電流值之頻率進一步增加或類比變化以類比地取得電流值之頻率特性，則當然可進行更詳細之圖案設定。
耦合係數K0.2程度以上之較強耦合之情形，藉由檢測上述2種類之圖案P4,P5，受電裝置/機器可檢測異物，但耦合係數K低於0.2之耦合較弱之情形，必須要進一步設計。如在上述2-2、2-3說明，必須改變1次側之諧振電路之諧振頻率，分別測定具有不同諧振頻率之諧振電路流動之電流，使其圖案化。由於進一步組合圖12A~圖12E之圖案使其圖案化，因此將此圖案方便性地稱為弱耦合檢測圖案。
圖13A~圖13D係改變3種類諧振電路之諧振頻率，針對各個顯示在諧振電路流動之電流之頻率特性之傾向組合後之弱耦合檢測圖案。圖13A~圖13D皆由3種類之圖案構成。各圖案係圖12A~圖12E之各個所示之圖案P1~P5。更具體而言，由在設定成較1次側之諧振電路之諧振頻率f0低△f之諧振頻率f01之諧振電路流動之電流i1之頻率特性之圖案、在設定成1次側之諧振頻率f0之諧振電路流動之電流i之頻率特性之圖案、在設定成較1次側之諧振電路之諧振頻率f0高△f之諧振頻率f02之諧振電路流動之電流i2之頻率特性之圖案構成。一般而言，如圖示，在諧振頻率f01之諧振電路流動之電流之頻率特性，顯示圖12B所示之往右下之圖案P2(式(2))。在諧振頻率f0之諧振電路流動之電流之頻率特性，顯示圖12C所示之往上凸之圖案P3(式(1))。在諧振頻率f02之諧振電路流動之電流之頻率特性，顯示圖12A所示之往右上之圖案P1(式(3))。藉由分別比較在3種類之圖案之電流之最大值，可檢測配置在2次側者為受電裝置/機器或異物。
圖13A中，係3種類之圖案P2、P3、P1之最大值大致一致之情形，在2次側配置有金屬等異物之情形之弱耦合檢測圖案。圖13B中，係設定成3種類之圖案P2、P3、P1之最大值中之諧振頻率f0之諧振電路流動之電流之頻率特性之最大值較其他低之弱耦合檢測圖案，在2次側配置有受電裝置/機器之情形之傾向。圖13C中，係3種類之圖案P2、P3、P1之最大值成為往右下，2次側之受電裝置/機器之諧振頻率較1次側之任一諧振頻率高之情形之弱耦合檢測圖案。圖13D中，係3種類之圖案P2、P3、P1之最大值成為往右上，2次側之受電裝置/機器之諧振頻率較1次側之任一諧振頻率低之情形之弱耦合檢測圖案。
如上述，藉由將顯示在諧振電路流動之電流之頻率特性之傾向之圖案P1~P5與改變1次側之諧振電路之諧振頻率之情形之各圖案之組合設定為弱耦合檢測圖案，不取決於耦合係數即可檢測在2次側是否配置有受電裝置/機器。
3.受電裝置之檢測方法
圖14係顯示本發明一實施形態之受電裝置之檢測方法之流程圖。
送電裝置1之控制部5a，在步驟S1，將該送電裝置1設定在天線檢測模式。在天線檢測模式，從送電裝置1往受電裝置50(或金屬等異物)不進行電力傳送，如下述進行用以檢測有無2次側之受電裝置之動作。在2次側之受電裝置之檢測期間，存在金屬等異物之情形，若從1次側傳送一般電力，則金屬會發熱，因此較佳為停止電力傳送且設定進行2次側之檢測之天線檢測模式。又，天線檢測模式，由於係執行短時間之輪詢，因此較佳為間歇性地執行。
控制部5a，在步驟S2，對構成諧振電路之收發訊部3設定諧振頻率f0(例如，f0=13.56MHz)。
控制部5a，將驅動頻率設定成較諧振頻率f0低△f之f01(例如，f01=12.56MHz)，取得此時之電流值。將驅動頻率設定成較諧振頻率f0高△f之f02(例如，f02=14.56MHz)，取得此時之電流值。再者，取得驅動頻率為f0時之電流值。關於取得之電流值，與驅動頻率產生關聯並作為檢測圖案1儲存在記憶部5b為佳，判定檢測圖案1相當於圖12A~圖12E之P1~P5之任一者，產生關聯並儲存在記憶部5b。
控制部5a，在步驟S4，判定取得之圖案1是否與圖12A~圖 12E之任一者中之往下凸之圖案P4(圖12D)一致。一致之情形，結束天線檢測模式(步驟S1)，認證該受電裝置/機器作為充電或通訊之對象是否正當(步驟S12、S13)，若可認證，移至受電模式開始充電、或開始通訊，若無法認證則進行錯誤處理。
控制部5a，在步驟S4，無法檢測受電裝置/機器之情形，變更1次側之諧振電路之常數，將諧振頻率改變成f01。關於諧振頻率f01，與步驟S3同樣地，取得各驅動頻率之電流值，取得電流值與驅動頻率產生關聯之檢測圖案2，關於分類為圖12A~圖12E之任一者亦產生關聯並儲存在記憶部5b。
再者，控制部5a，在步驟S7，將諧振電路之諧振頻率改變成f02，與步驟S3、S6同樣地，將在諧振頻率f02之諧振電路流動之電流之頻率特性取得為各驅動頻率之電流值。取得電流值與驅動頻率產生關聯之檢測圖案3，關於分類為圖12A~圖12E之任一者亦產生關聯並儲存在記憶部5b。
控制部5a，在步驟S9，比較檢測圖案1~檢測圖案3之電流值之最大值，在全部相等時，在步驟S10判定檢測異物，進行錯誤處理。控制部5a，在檢測圖案之電流值之最大值存在不相等時，判定配置有受電裝置/機器，結束天線檢測模式(步驟S11)，進行機器認證(步驟S12)。
此外，在步驟S3、S6、S8，假設受電裝置/機器從離開之位置逐漸接近之情形，如在2-4說明，亦可使各諧振電路之諧振頻率之電流測定最後進行。
將上述流程圖程式化並儲存在記憶部5b，依據各步驟以控 制部5a進行處理亦可。再者，亦可將控制部5a及/或記憶部5b組裝在半導體裝置，當然亦可以使用泛用CPU之系統來實現。
4.送受電裝置之構成例
作為另一實施形態，在從作為送電裝置1之非接觸充電裝置或非接觸通訊裝置(讀寫器等)接受電力傳送、或接受資料傳送，對自身之2次電池進行充電以使機器本體動作之裝置之情形，會有自身相對於其他受電裝置成為送電裝置之情形。此處將此種機器稱為送受電裝置。
如圖15所示，送受電裝置50a，具有與上述受電裝置1相同之構成，具有相同功能者以相同符號表示。
送受電裝置50a具備具有與其他受電裝置或送受電裝置70具備之天線72a電磁場耦合之天線52a之收發訊部52。又，送受電裝置50a具備將本身具備之2次電池51轉換成既定驅動頻率之交流電力以驅動收發訊部52之天線52a之轉換器部53。又，送受電裝置50a具備取得天線52a之電流波形之波形監測器部54、及根據波形監測器部54所取得之電流值對轉換器部53進行驅動頻率之設定之控制系統部55。控制系統部55包含寫入有表示送受電裝置50a之動作步驟之程式之記憶部55b、及依據記憶部55b之步驟控制送受電裝置50之動作之控制部55a。控制部55a係例如CPU(Central Processing Unit)或微控制器。記憶部55b可為例如搭載於微控制器之遮罩ROM，亦可為EPROM、EEPROM等。此外，並不限於此等。
控制部55a，依據儲存於記憶部55b之程式，對轉換器部53設定驅動天線部52a之驅動頻率。轉換器部53，以設定之驅動頻率之正弦波振盪，驅動天線部52a。其他送受電裝置70，在位於送受電裝置50a之通 訊區域時，因天線部72a之諧振電路之存在，流至天線部52a之電流產生變化，以波形監測器部54取得此。或者，在其他送受電裝置70之位置存在金屬板等異物時，亦藉由波形監測器部54取得其電流值之峰值。
依據儲存於記憶部55b之程式變更驅動頻率，反覆既定次數取得對變更後之驅動頻率之天線部52a之電流之峰值之動作。藉由取得分別比較取得之各驅動頻率之峰電流值之圖案，與對預先取得之其他送受電裝置70之有無之峰電流值之圖案比較，藉此在控制部55a判定有無其他送受電裝置70。
以上係關於送受電裝置50a之送電機能之構成，在送受電裝置50a，進一步具備將天線部52a接受之電力轉換成直流之整流部56、與使用以整流部56轉換成直流電力之電力進行2次電池51之充電控制之充電控制部57。接受之電力亦可透過充電控制部57對2次電池51進行充電，且藉由充電SW58使機器本體60直接動作。
如上述，在送受電裝置50a，可使用本身具有之2次電池51之電力使轉換器部53動作以檢測受電裝置或其他送受電裝置70。
1‧‧‧送電裝置
2‧‧‧轉換器部
3‧‧‧收發訊部
3a‧‧‧天線部
4‧‧‧波形監測器部
5‧‧‧控制系統部
5a‧‧‧控制部
5b‧‧‧記憶部
6‧‧‧商用電源
50‧‧‧受電裝置
52‧‧‧收發訊部
52a‧‧‧天線部

Claims (26)

  1. 一種送電裝置，係使用諧振電路以非接觸方式與受電裝置進行電力傳送，其特徵在於，具備：控制部，設定驅動該諧振電路之訊號之驅動頻率；驅動部，根據該控制部之設定，以三個以上之驅動頻率驅動該諧振電路；以及驅動波形檢測部，檢測該諧振電路之驅動波形；該控制部設定三個以上之驅動頻率，並比較該驅動波形檢測部所檢測之各驅動頻率之訊號資料，根據該比較結果檢測該受電裝置。
  2. 如申請專利範圍第1項之送電裝置，其中，該控制部，具有：送電模式，進行以來自該受電裝置之要求為依據之電力傳送；以及檢測模式，檢測該受電裝置之有無；在該檢測模式下，不進行該電力傳送。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之送電裝置，其中，檢測之該訊號資料係該諧振電路之電流值或電壓值。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之送電裝置，其中，該控制部設定複數個該諧振電路之諧振頻率；該諧振頻率係對應該三個以上之驅動頻率之各個而設定。
  5. 如申請專利範圍第4項之送電裝置，其中，該控制部，藉由分別比較在各諧振頻率之該電流或該電壓中之最大值，檢測該受電裝置。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之送電裝置，其中，該控制部依序設定三個頻率作為該驅動頻率，以測定該訊號資料； 第1驅動頻率，係較第2驅動頻率高且較第3驅動頻率低之頻率；該第1驅動頻率，係在該第2及第3驅動頻率設定且測定訊號資料後始被設定，以測定對應之訊號資料。
  7. 一種送受電裝置，係使用諧振電路以非接觸方式與受電裝置或其他送受電裝置進行電力傳送，其特徵在於，具備：控制部，設定驅動該諧振電路之訊號之驅動頻率；驅動部，根據該控制部之設定，以三個以上之驅動頻率驅動該諧振電路；以及驅動波形檢測部，檢測該諧振電路之驅動波形；該控制部設定三個以上之驅動頻率，並比較該驅動波形檢測部所檢測之各驅動頻率之訊號資料，根據該比較結果檢測進行收發訊之該受電裝置或其他送受電裝置。
  8. 如申請專利範圍第7項之送受電裝置，其中，該控制部，具有：送電模式，進行以來自該受電裝置或其他送受電裝置之要求為依據之電力傳送；以及檢測模式，檢測該受電裝置或其他送受電裝置；在該檢測模式下，不進行該電力傳送。
  9. 如申請專利範圍第7或8項之送受電裝置，其中，檢測之該訊號資料係該諧振電路之電流值或電壓值。
  10. 如申請專利範圍第7或8項之送受電裝置，其中，該控制部設定複數個該諧振電路之諧振頻率；該諧振頻率係對應該三個以上之驅動頻率之各個而設定。
  11. 如申請專利範圍第10項之送受電裝置，其中，該控制部，藉由分別比較在各諧振頻率之該電流或該電壓中之最大值，檢測該受電裝置。
  12. 如申請專利範圍第7或8項之送受電裝置，其中，該控制部依序設定三個頻率作為該驅動頻率，以測定該訊號資料；第1驅動頻率，係較第2驅動頻率高且較第3驅動頻率低之頻率；該第1驅動頻率，係在該第2及第3驅動頻率設定且測定訊號資料後始被設定，以測定對應之訊號資料。
  13. 一種受電裝置檢測方法，係在使用諧振電路以非接觸方式從送電裝置往受電裝置進行電力傳送時，檢測有無該受電裝置，其特徵在於：藉由控制部設定驅動該諧振電路之訊號之驅動頻率；藉由驅動部，根據該控制部之設定，以三個以上之驅動頻率驅動該諧振電路；藉由驅動波形檢測部，檢測該諧振電路之驅動波形；該控制部設定三個以上之驅動頻率，並比較該驅動波形檢測部所檢測之各驅動頻率之訊號資料，根據該比較結果檢測該受電裝置。
  14. 如申請專利範圍第13項之受電裝置檢測方法，其中，該控制部，具有：送電模式，進行以來自該其他受電裝置或送受電裝置之要求為依據之電力傳送；以及檢測模式，檢測該其他受電裝置或送受電裝置；在該檢測模式下，不進行該電力傳送。
  15. 如申請專利範圍第13或14項之受電裝置檢測方法，其中，檢測之 該訊號資料係該諧振電路之電流值或電壓值。
  16. 如申請專利範圍第13或14項之受電裝置檢測方法，其中，該控制部設定複數個該諧振電路之諧振頻率；該諧振頻率係對應該三個以上之驅動頻率之各個而設定。
  17. 如申請專利範圍第16項之受電裝置檢測方法，其中，該控制部，藉由分別比較在各諧振頻率之該電流或該電壓中之最大值，檢測該受電裝置。
  18. 如申請專利範圍第13或14項之受電裝置檢測方法，其中，該控制部依序設定三個頻率作為該驅動頻率，測定該訊號資料；第1驅動頻率，係較第2驅動頻率高且較第3驅動頻率低之頻率；該第1驅動頻率，係在該第2及第3驅動頻率設定且測定訊號資料後始被設定，以測定對應之訊號資料。
  19. 一種受電裝置檢測程式，係檢測具備儲存程式之記憶部、與具有使儲存之程式展開並執行之處理單元之控制部的非接觸充電用受電裝置，在使用諧振電路以非接觸方式從送電裝置往受電裝置進行電力傳送時，檢測有無該受電裝置，其特徵在於，具有：藉由該控制部設定驅動該諧振電路之訊號之驅動頻率之步驟；藉由驅動部，根據該控制部之設定，以三個以上之驅動頻率驅動該諧振電路之步驟；以及藉由驅動波形檢測部，檢測該諧振電路之驅動波形之步驟；該控制部設定三個以上之驅動頻率，並比較該驅動波形檢測部所檢測之各驅動頻率之訊號資料，根據該比較結果檢測該受電裝置。
  20. 如申請專利範圍第19項之受電裝置檢測程式，其中，該控制部，具 有：送電模式，進行以來自該其他受電裝置或送受電裝置之要求為依據之電力傳送；以及檢測模式，檢測該其他受電裝置或送受電裝置；在該檢測模式下，不進行該電力傳送。
  21. 如申請專利範圍第19或20項之受電裝置檢測程式，其中，檢測之該訊號資料係該諧振電路之電流值或電壓值。
  22. 如申請專利範圍第19或20項之受電裝置檢測程式，其中，該控制部設定複數個該諧振電路之諧振頻率；該諧振頻率係對應該三個以上之驅動頻率之各個而設定。
  23. 如申請專利範圍第22項之受電裝置檢測程式，其中，該控制部，藉由分別比較在各諧振頻率之該電流或該電壓中之最大值，檢測該受電裝置。
  24. 如申請專利範圍第19或20項之受電裝置檢測程式，其中，該控制部依序設定三個頻率作為該驅動頻率，測定該訊號資料；第1驅動頻率，係較第2驅動頻率高且較第3驅動頻率低之頻率；該第1驅動頻率，係在該第2及第3驅動頻率設定且測定訊號資料後始被設定，以測定對應之訊號資料。
  25. 一種半導體裝置，具備儲存申請專利範圍第19至24項中任一項之受電裝置檢測程式之記憶部。
  26. 如申請專利範圍第25項之半導體裝置，其進一步具備使該受電裝置檢測程式展開並執行之控制部。
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