TW201515357A - 位置偏移檢測裝置及電子機器 - Google Patents

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TW201515357A TW103130470A TW103130470A TW201515357A TW 201515357 A TW201515357 A TW 201515357A TW 103130470 A TW103130470 A TW 103130470A TW 103130470 A TW103130470 A TW 103130470A TW 201515357 A TW201515357 A TW 201515357A
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Tatsuya Iwasaki
Takeshi Nozawa
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Rohm Co Ltd
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Abstract

本發明提供一種可於充電中檢測發送機器上之接收機器之位置偏移之位置偏移檢測裝置。 位置偏移檢測裝置110包含：比較器120，其比較以非接觸供電方式自發送機器(TX)200被供給電力之接收機器(RX)300之接收線圈302中感應之電流；頻率計數器140，其與比較器連接，對自發送機器傳輸之發送頻率fi進行計數；及暫存器160，其儲存頻率計數器之計數值Fi。

Description

位置偏移檢測裝置及電子機器
本發明係關於一種位置偏移檢測裝置及電子機器，尤其關於一種以非接觸供電方式自發送機器被供給電力之接收機器之位置偏移檢測裝置及電子機器。
近年來，對行動電話或平板電腦等電子機器供給電力之非接觸供電方式(亦稱為無線供電方式、無接點電力傳輸方式)開始普及。為促進不同之製造商之製品間之相互利用而組織WPC(Wireless Power Consortium，無線充電聯盟)，藉由WPC制定出國際標準規格即Qi(氣)規格。
此種非接觸供電系統包含發送機器(TX)與接收機器(RX)(例如，參照專利文獻1及專利文獻2)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2013-38854號公報
[專利文獻2]日本專利特開2012-80772號公報
本發明之目的在於提供一種可於充電中檢測發送機器上之接收機器之位置偏移之位置偏移檢測裝置、及搭載有位置偏移檢測裝置之電子機器。
根據本發明之一態樣，提供一種位置偏移檢測裝置，其可於充電中檢測上述發送機器上之上述接收機器之位置偏移，且包含：比較器，其比較以非接觸供電方式自發送機器被供給電力之接收機器之接收線圈中感應之電流；頻率計數器，其與上述比較器連接，對自上述發送機器傳輸之發送頻率進行計數；及暫存器，其儲存上述頻率計數器之計數值。
又，根據本發明之另一態樣，提供一種電子機器，其包含：接收機器，其以非接觸供電方式自發送機器被供給電力；位置偏移檢測裝置，其與上述接收機器連接，可於充電中檢測上述發送機器上之上述接收機器之位置偏移；及控制部，其與上述接收機器及上述位置偏移檢測裝置連接。
根據本發明，可提供一種可於充電中檢測發送機器上之接收機器之位置偏移之位置偏移檢測裝置、及搭載有位置偏移檢測裝置之電子機器。
100‧‧‧非接觸供電系統
110‧‧‧位置偏移檢測裝置
120‧‧‧比較器
140‧‧‧頻率計數器
160‧‧‧暫存器
200‧‧‧發送機器(TX)
202‧‧‧發送線圈
204‧‧‧驅動器
206‧‧‧第1控制器
208‧‧‧解調器
210‧‧‧充電台
220a、220b、220c、220d、340‧‧‧警報顯示部
300‧‧‧接收機器(RX)
302‧‧‧接收線圈
304‧‧‧整流電路
306‧‧‧電容器
308‧‧‧調變器
310‧‧‧負載電路
312‧‧‧第2控制器
314‧‧‧電源電路
314A‧‧‧LDO
320‧‧‧監控顯示部
360‧‧‧位置偏移顯示部
400‧‧‧CPU
500‧‧‧電子機器
A、B、C、D、E、F‧‧‧曲線
C1、C4、Cp、Cs、C01、C02‧‧‧電容器
f、fi‧‧‧發送頻率
FB‧‧‧位置偏移反饋資訊
f(+)、f(-)‧‧‧發送電力之頻率
IF‧‧‧位置偏移資訊
L1、L2‧‧‧電感
Pop‧‧‧最佳之發送電力
Pi、Pt、Pt1、Pt2、Pt3、Pt4‧‧‧發送電力
PTh‧‧‧洩漏電力
S1‧‧‧驅動信號
S2‧‧‧電力信號
S3‧‧‧控制信號
S100~S208‧‧‧步驟
SW‧‧‧開關
t‧‧‧時間
VAC1、VAC2‧‧‧接收電壓
VCOM1‧‧‧比較器輸出電壓
Vdc‧‧‧直流輸出電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
VRECT‧‧‧RECT輸出電壓
VR1、VO1‧‧‧電壓
X1‧‧‧距離
1‧‧‧選擇階段
2‧‧‧送電階段
3‧‧‧認證、設定階段
α1、α2‧‧‧線圈參數
△f‧‧‧發送頻率f之變化量
△fi‧‧‧發送頻率fi之變化量
△Pt‧‧‧發送電力Pt之變化量
△X、△Y、△Z‧‧‧位置偏移量
圖1係基本技術之非接觸供電系統之模式性方塊構成圖。
圖2係基本技術之非接觸供電系統之發送機器(TX)之動作順序圖。
圖3係於基本技術之非接觸供電系統之接收機器內，RECT啟動電壓VRECT與輸出電壓VOUT之關係，(a)為無位置偏移之情形，(b)為有位置偏移之情形。
圖4係應用有實施形態之位置偏移檢測裝置之非接觸供電系統之模式性方塊構成圖。
圖5係於應用有實施形態之位置偏移檢測裝置之非接觸供電系統 之接收機器內，(a)為接收電壓VAC1之波形圖，(b)為比較器輸出電壓VCOM1之波形圖。
圖6係搭載有實施形態之位置偏移檢測裝置之電子機器之模式性方塊構成圖。
圖7係應用有實施形態之位置偏移檢測裝置之非接觸供電系統之收發線圈部分之詳細構成圖。
圖8係於應用有實施形態之位置偏移檢測裝置之非接觸供電系統中，發送電力Pt與頻率f之關係。
圖9係於應用有實施形態之位置偏移檢測裝置之非接觸供電系統中，(a)為由LDO(Low Dropout，低壓差)構成電源電路之例，(b)為將收發線圈之線圈參數α作為參數之RECT啟動電壓VRECT之上升特性。
圖10係於應用有實施形態之位置偏移檢測裝置之非接觸供電系統中，發送機器之模式性平面構成例。
圖11係於應用有實施形態之位置偏移檢測裝置之非接觸供電系統中，接收機器之模式性平面構成例。
圖12係於應用有實施形態之位置偏移檢測裝置之非接觸供電系統中，發送機器與接收機器之模式性俯視構成圖。
圖13係於應用有實施形態之位置偏移檢測裝置之非接觸供電系統中，伴隨有接收機器相對於發送機器自圖12所示之配置關係朝+X方向位置偏移僅距離X1之情形時，發送機器與接收機器之模式性俯視構成例。
圖14係於應用有實施形態之位置偏移檢測裝置之非接觸供電系統中，(a)為供受電線圈部分之模式圖，(b)為表示發送電力Pt與頻率f之關係之模式圖。
圖15係於應用有實施形態之位置偏移檢測裝置之非接觸供電系統中，(a)為表示伴隨有增加之頻移之情形時的發送電力Pt與頻率f之 關係之模式圖，(b)為表示伴隨有減少之頻移之情形時的發送電力Pt與頻率f之關係之模式圖。
圖16係於應用有實施形態之位置偏移檢測裝置之非接觸供電系統中，表示收發線圈之位置關係下的發送電力Pt與洩漏電力PTh之關係之模式圖。
其次，參照圖式對本發明之實施形態進行說明。於以下圖式之記載中，對於相同或類似之部分標註相同或類似之符號。但，圖式為模式性者，應注意各構成零件之厚度與平面尺寸之關係、各層之厚度之比率等與實際情形不同。因此，具體之厚度或尺寸應參考以下之說明進行判斷。又，當然，即便於圖式相互間，亦包含彼此之尺寸之關係或比率不同之部分。
又，以下所示之實施形態係例示用於使本發明之技術思想具體化之裝置或方法，本發明之實施形態並非將各構成零件之材質、形狀、構造、配置等特定為下述者。本發明之實施形態於申請專利之範圍內可進行各種變更。
(基本技術：非接觸供電系統)
基本技術之非接觸供電系統100A之模式性方塊構成如圖1所示。如圖1所示，非接觸供電系統100A係依照Qi規格之系統，且包含發送機器(TX)200與接收機器(RX)300。
發送機器(TX)200包含發送線圈(1次線圈)202、驅動器204、第1控制器206、及解調器208。於驅動器204中，包含H橋電路(全橋電路)或半橋電路。
驅動器204對發送線圈202施加驅動信號S1(具體而言為脈衝信號)，藉由流經發送線圈202之驅動電流而使發送線圈202中產生電磁場之電力信號S2。
第1控制器206係總括地控制發送機器(TX)200整體，具體而言，藉由控制驅動器204之開關頻率、或開關之工作週期比而使發送電力變化。
於Qi規格中，在發送機器(TX)200與接收機器(RX)300之間規定有通訊協定，從而可自接收機器(RX)300對發送機器(TX)200利用控制信號S3傳遞資訊。該控制信號S3係以利用背向散射調變(Backscatter modulation)進行AM(Amplitude Modulation，調幅)調變後之形式，自接收線圈(2次線圈)302發送至發送線圈202。於該控制信號S3中，包含例如指示對接收機器(RX)300之電力供給量之電力控制資料、及表示接收機器(RX)300之固有資訊之資料等。
解調器208對發送線圈202之電流或電壓中包含之控制信號S3進行解調。第1控制器206根據解調後之控制信號S3中包含之電力控制資料而控制驅動器204。
接收機器(RX)300包含接收線圈(2次線圈)302、整流電路304、電容器306、調變器308、負載電路310、第2控制器312、及電源電路314。
接收線圈302接收來自發送線圈202之電力信號S2，並且對發送線圈202發送控制信號S3。
整流電路304及電容器(C4)306根據電力信號S2而將接收線圈302中感應之電流S4整流、平滑化，並轉換為直流電壓。
電源電路314利用自發送機器(TX)200供給之電力而對未圖示之2次電池進行充電，或使直流電壓Vdc升壓或降圧，且供給至第2控制器312或其他負載電路310。
第2控制器312監控接收機器(RX)300所接收之電力供給量，且根據其而產生指示電力供給量之電力控制資料。
調變器308對包含電力控制資料之控制信號S3進行調變，且對接 收線圈302之線圈電流進行調變，藉此對發送線圈202之線圈電流及線圈電壓進行調變。
(基本技術：動作順序)
基本技術之非接觸供電系統100A之發送機器(TX)200之動作順序如圖2所示。如圖2所示，發送機器(TX)200之狀態大致分為選擇階段(selection Phase)1、送電(Power Transfer)階段2、及認證、設定階段(Identification & Configuration Phase)3。
-送電階段2-
首先，對送電階段2進行說明。
(a)首先，於步驟S100中，開始自發送機器(TX)200向接收機器(RX)300送電。
(b)其次，於步驟S102中，將表示當前之送電狀態之控制信號S3自接收機器(RX)300反饋至發送機器(TX)200。
(c)藉此，如步驟S104所示，發送機器(TX)200根據控制信號S3而調節送電量。於送電中，重複進行控制信號S3之反饋與送電量之調整(步驟S102→步驟S104→步驟S102→......)。
(d)其次，若於步驟S106中，將表示充電完成之控制信號S3自接收機器(RX)300發送至發送機器(TX)200，或於步驟S110中，藉由自發送機器(TX)200之供電範圍卸除接收機器(RX)300而產生通訊之逾時錯誤，則於步驟S108中，發送機器(TX)200偵測出該情形而停止送電，且轉為選擇階段1。
-選擇階段1-
其次，對選擇階段1進行說明。
(e)首先，於步驟S200中，發送機器(TX)200每隔特定之時間間隔(Object detection interval(對象偵測間隔)，例如500msec)發送電力信號S2，確認接收機器(RX)300之有無。將此稱為類比發信階段(Analog Ping Phase)。
(f)其次，於步驟S202中，若檢測出接收機器(RX)300，則轉為認證、設定階段3。
-認證、設定階段3-
最後，對認證、設定階段3進行說明。
(g)首先，於步驟S204中，發送機器(TX)200執行數位發信階段(Digital Ping Phase)。
(h)其次，於步驟S206中，將接收機器(RX)300之個體資訊接收。
(i)繼而，於步驟S208中，將與送電條件相關之資訊自接收機器(RX)300發送至發送機器(TX)200。其結果，轉為送電階段2。
基本技術之非接觸供電系統A之接收機器(RX)300內，RECT啟動電壓VRECT與輸出電壓VOUT之關係，無位置偏移之情形如圖3(a)所示，有位置偏移之情形如圖3(b)所示。
於基本技術之非接觸供電系統100A之接收機器(RX)300內，無位置偏移之情形如圖3(a)所示，RECT啟動電壓VRECT於時刻t1~時刻t2間自0V上升至電壓VR1，相對於此，電源電路314之輸出電壓VOUT於時刻t2~時刻t3間自0V上升至電壓VO1。另一方面，有位置偏移之情形如圖3(b)所示，RECT啟動電壓VRECT於時刻t1~時刻t4間自0V上升至電壓VR1，相對於此，電源電路314之輸出電壓VOUT於時刻t5~時刻t6間自0V上升至電壓VO1。無位置偏移之情形如圖3(a)所示，輸出電壓VOUT相對於RECT啟動電壓VRECT之上升之響應時間相對較短。
另一方面，有位置偏移之情形如圖3(b)所示，輸出電壓VOUT相對於RECT啟動電壓VRECT之上升之響應時間相對較長。
如此，於基本技術之非接觸供電系統之接收機器內，僅可觀測於發送機器(TX)上配置有接收機器(RX)時之RECT啟動電壓VRECT與輸出電壓VOUT之上升斜率，而檢測出位置偏移。因此，於充電中接收機 器(RX)之位置發生偏移之情形時，由於RECT啟動電壓VRECT與輸出電壓VOUT之值已保持為固定狀態，故而難以檢測出位置偏移。
於基本技術之非接觸供電系統中，自發送機器(TX)對接收機器(RX)進行充電時，若發送機器(TX)與接收機器(RX)存在位置偏移，則非接觸供電系統之充電效率降低。
[實施形態]
應用有實施形態之位置偏移檢測裝置110之非接觸供電系統100之模式性方塊構成如圖4所示。
應用有實施形態之位置偏移檢測裝置110之非接觸供電系統100能以非接觸供電方式自發送機器200(TX)對接收機器300(RX)供給電力，並且可自接收機器300(RX)對發送機器200(TX)利用控制信號S3傳遞資訊。
應用有實施形態之位置偏移檢測裝置110之接收機器300(RX)包含接收線圈302、整流電路304及電容器(C4)306、第2控制器312、電源電路314、以及調變器308。
接收線圈302接收來自發送線圈202之電力信號S2，並且對發送線圈202發送控制信號S3。
整流電路304及電容器(C4)306根據電力信號S2而將接收線圈302中感應之電流S4整流、平滑化，並轉換為直流電壓。
第2控制器312監控接收機器300(RX)所接收之電力供給量，且根據其而產生指示電力供給量之電力控制資料。
電源電路314利用自發送機器(TX)200供給之電力而使直流電壓升壓或降壓，且供給至第2控制器312及負載電路310。
調變器308對包含電力控制資料之控制信號S3進行調變，且對接收線圈302之線圈電流進行調變，藉此對發送線圈202之線圈電流及線圈電壓進行調變。
應用有實施形態之位置偏移檢測裝置110之非接觸供電系統100之發送機器200(TX)包含發送線圈202、驅動器204、第1控制器206、及解調器208。
驅動器204對發送線圈202施加驅動信號S1，藉由流經發送線圈202之驅動電流而使發送線圈中產生電磁場之電力信號S2。
第1控制器206根據解調後之控制信號S3中包含之電力控制資料而控制驅動器204之開關頻率，藉此控制發送電力Pt。
解調器208對發送線圈202之電流或電壓中包含之控制信號S3進行調解。
如圖4所示，實施形態之位置偏移檢測裝置110應用於以非接觸供電方式自發送機器200(TX)對接收機器300(RX)供給電力之非接觸供電系統100，可檢測以非接觸供電方式自發送機器200(TX)被供給電力之接收機器300(RX)之位置偏移。
如圖4所示，實施形態之位置偏移檢測裝置110包含比較器120、頻率計數器140、及暫存器160，可於充電中檢測發送機器200(TX)上之接收機器300(RX)之位置偏移。
比較器120比較以非接觸供電方式自發送機器200(TX)被供給電力之接收機器300(RX)之接收線圈302中感應之電流。
頻率計數器140連接於比較器120，且對自發送機器(TX)200傳輸之發送頻率fi進行計數。
暫存器160儲存頻率計數器140之計數值Fi。
於充電中發送機器200(TX)上之接收機器300(RX)之位置發生偏移之情形時，可自暫存器160將位置偏移資訊IF通知給系統。此處，作為系統可應用設置機器等。
位置偏移資訊IF被通知給配置於系統內之控制部400。
位置偏移資訊IF係將自發送機器200(TX)傳輸至接收機器300(RX) 之發送電力Pt之變化量△Pt作為發送頻率fi之變化量△fi而檢測出之值。
接收到位置偏移資訊IF之控制部400將位置偏移反饋資訊FB通知給接收機器300(RX)，從而可於充電中調整發送機器200(TX)上之接收機器300(RX)之位置。
又，接收到位置偏移資訊IF之控制部400亦可將位置偏移反饋資訊FB通知給發送機器200(TX)及接收機器300(RX)，從而可於充電中調整發送機器200(TX)上之接收機器300(RX)之位置。
控制部400亦可包含CPU或微電腦等。
暫存器160與控制部400亦可利用內置積體電路(I2C：Inter-Integrated Circuit)串列匯流排而連接。
自暫存器160通知給控制部400之位置偏移資訊IF可經由I2C串列匯流排而傳輸。
自控制部400通知給非接觸供電系統100內之接收機器300(RX)之位置偏移反饋資訊FB亦可經由I2C串列匯流排而傳輸。
於實施形態之位置偏移檢測裝置110中，不僅進行觀測RECT啟動電壓VRECT與輸出電壓VOUT之上升之斜率的位置偏移檢測，且藉由監控充電中自發送機器(TX)200對接收機器(RX)300之發送電力Pt之頻率成分，並將該頻率成分用作參數，而亦可檢測充電中之位置偏移。
於應用有實施形態之位置偏移檢測裝置110之接收機器(RX)300內，接收電壓VAC1之波形如圖5(a)所示般模式性表示，比較器輸出電壓VCOM1之波形如圖5(b)所示般模式性表示。接收電壓VAC1之波形對應於使接收線圈302導通之交流波形成分之峰值被截去後之波形。關於接收電壓VAC2之波形，亦與圖5(a)同樣地表示。
(電子機器)
如圖6所示，搭載有實施形態之位置偏移檢測裝置110之電子機器500包含：接收機器(RX)300，其以非接觸供電方式自發送機器 (TX)200被供給電力；位置偏移檢測裝置110，其與接收機器(RX)300連接，可於充電中檢測發送機器(TX)200上之接收機器(RX)300之位置偏移；及控制部400，其與接收機器(RX)300及位置偏移檢測裝置110連接。
於圖6所示之例中，接收機器(RX)300及位置偏移檢測裝置110內置於電子機器500。此處，作為電子機器500，假定為例如非接觸供電IC、行動電話、平板電腦終端、智慧型手機、影音播放器、遊戲機等。
於電子機器500內，接收機器(RX)300與控制部400之間及位置偏移檢測裝置110與控制部400之間係經由I2C串列匯流排等而連接。
位置偏移檢測裝置110包含：比較器120，其比較以非接觸供電方式自發送機器(TX)200被供給電力之接收機器(RX)300之接收線圈302中感應之電流；頻率計數器140，其與比較器120連接，對自發送機器(TX)200傳輸之發送頻率fi進行計數；及暫存器160，其儲存頻率計數器140之計數值Fi。
於充電中發送機器(TX)200上之接收機器(RX)300之位置發生偏移之情形時，位置偏移資訊IF係將自發送機器(TX)200傳輸至接收機器(RX)300之發送電力Pt之變化量△Pt作為發送頻率f之變化量△f而檢測出之值。
接收到位置偏移資訊IF之控制部400將位置偏移反饋資訊FB通知給接收機器(RX)300，從而可於充電中調整發送機器(TX)200上之接收機器(RX)300之位置。
又，接收到位置偏移資訊IF之控制部400亦可將位置偏移反饋資訊FB通知給發送機器(TX)200及接收機器(RX)300，從而可於充電中調整發送機器(TX)200上之接收機器(RX)300之位置。
控制部400亦可包含例如CPU或微電腦。
應用有實施形態之位置偏移檢測裝置之非接觸供電系統100之收發線圈部分之詳細構成如圖7所示。於圖7中，省略位置偏移檢測裝置之圖示。
如圖7所示，接收機器(RX)300包含：電容器Cs，其與電感L2串聯連接；及電容器Cp，其與電感L2和電容器Cs之串聯電路並聯連接；進而包含與電容器Cp並聯之電容器C01-開關SW-電容器C02之串聯電路。此處，藉由開關SW之接通/斷開之切換而可切換電容器Cp之值。AM調變尤其於輕負載時振幅變大，不易解調，因此藉由實質上切換電容器Cp之值，亦可應對輕負載時。
(發送電力Pt與頻率f之關係)
於應用有實施形態之位置偏移檢測裝置100之非接觸供電系統100中，發送電力Pt與頻率f之關係如圖8所示般模式性表示。此處，共振頻率例如為120kHz，且此時取得最佳之發送電力Pop。
例如，於非接觸供電系統100之啟動時，自發送機器(TX)200對接收機器(RX)300傳輸之發送電力Pt之頻率f=175kHz。
-位置偏移檢測之判斷-
(a)首先，於啟動時，若發生發送機器(TX)200上之接收機器(RX)300之位置偏移，則發送機器(TX)200與接收機器(RX)300之間之電力傳輸效率降低。
(b)為使接收機器(RX)300導通之充電電流固定，而自接收機器(RX)300對發送機器(TX)200發送要求更多之電力傳輸之控制錯誤封包等控制信號S3。
(c)接收到控制信號S3之發送機器(TX)200對接收機器(RX)300實施更多之電力傳輸。
(d)監控自發送機器(TX)200對接收機器(RX)300之發送電力Pt之發送頻率f，若成為異常值，則判斷為檢測出位置偏移。
-充電中之位置偏移檢測與反饋-
於充電中，發生發送機器(TX)200上之接收機器(RX)300之位置偏移，而發送電力Pt之頻率f成為f(+)，於頻率增大之方向之情形時，發送電力Pt減少。即，為功率降低之方向，判斷為電力傳輸不充分。於該情形時，可藉由位置偏移反饋資訊FB而修正發送機器(TX)200與接收機器(RX)300之相對位置偏移。
於其後之充電中，發送電力Pt之頻率f成為f(-)，於頻率減少之方向之情形時，發送電力Pt增大。即，為功率升高之方向，判斷為電力傳輸相對良好。於該情形時，亦可藉由位置偏移反饋資訊FB而修正發送機器(TX)200與接收機器(RX)300之相對位置偏移。
進而，重複執行該操作，於其後之充電中，使發送電力Pt之頻率f例如接近於共振頻率之情形時，發送電力Pt可接近於最佳之發送電力Pop。
於其後之充電中，發送電力Pt之頻率f成為f(-)，於頻率減少之方向之情形時，發送電力Pt減少。即，為功率降低之方向，判斷為電力傳輸相對不充分。於該情形時，亦可藉由位置偏移反饋資訊FB而可修正發送機器(TX)200與接收機器(RX)300之相對位置偏移。
進而，重複執行該操作，於其後之充電中，使發送電力Pt之頻率f例如接近於共振頻率，此情形時，發送電力Pt可接近於最佳之發送電力Pop。
(電力傳輸)
於應用有實施形態之位置偏移檢測裝置110之非接觸供電系統100中，由LDO(Low Dropout)構成電源電路之例表示為圖9(a)所示，將收發線圈之線圈參數α設為參數之RECT啟動電壓VRECT之上升特性如圖9(b)所示般模式性表示。
於圖9(a)中，於發送機器(TX)200中，僅顯示發送線圈202，省略 其他構成之圖示。同樣地，於接收機器(RX)300中，僅顯示接收線圈302、整流電路304、LDO314A、負載電路310、及位置偏移檢測裝置110，省略其他構成之圖示。藉由對LDO314A之輸入兩端之電容器C進行充電之電流Icharge之時間響應而決定RECT輸出電壓VRECT之上升特性。於圖9(b)中，線圈參數α1>>線圈參數α2成立。即，線圈參數α之值越大，則達到固定值VR1之上升特性越快。如圖9(b)所示，RECT輸出電壓VRECT之值一旦上升後，便成為固定值VR1。該固定值VR1與圖4中之直流輸出電壓Vdc相等。
如圖9(a)所示，於應用有實施形態之位置偏移檢測裝置110之非接觸供電系統100中，藉由發送線圈202與接收線圈302之電磁耦合而進行電力傳輸。
於應用有實施形態之位置偏移檢測裝置110之非接觸供電系統100中，線圈參數α與最大傳輸效率ηMAX之關係如下。
此處，若將發送線圈202之電感設為L1，串聯電阻設為r1，且將接收線圈302之電感設為L2，串聯電阻設為r2，則發送線圈202、接收線圈302之Q(Quality Factor，品質因數)之值Q1、Q2由(1)式及(2)式表示。
Q1=ωL1/r1 (1)
Q2=ωL2/r2 (2)
又，若將發送線圈202與接收線圈302之互感設為M，則線圈參數α由(3)式表示，且最大傳輸效率ηMAX由(4)式表示。
α≡k2Q1Q2 (3)
ηMAX=α/[1+(1+α)1/2]2 (4)
此處，k係發送線圈202與接收線圈302之耦合係數。即，線圈參數α支配最大傳輸效率ηMAX，例如，於線圈參數α為約104以上時最大傳輸效率ηMAX接近於100%。
為使該線圈參數α之值增大，較佳為自表示線圈之Q值之ωL/r式之形式使頻率ω上升。另一方面，線圈參數α之值因發送機器(TX)上之接收機器(RX)之位置偏移而較大地變化，且RECT啟動電壓VRECT之響應特性亦如圖9(b)所示較大地變動。進而，於充電中發送機器(TX)上之接收機器(RX)之位置發生偏移之情形時，線圈參數α之值亦較大地變化。於圖9(b)中，由於α1>>α2，故而RECT啟動電壓VRECT之上升特性良好，即，收發線圈之線圈參數α較大。
(發送機器之平面構成例)
於應用有實施形態之位置偏移檢測裝置110之非接觸供電系統100中，發送機器(TX)200之模式性平面構成例表示為圖10所示。
如圖10所示，發送機器200(TX)亦可包含充電台210、及配置於充電台210之外周部之四角之警報顯示部220a、220b、220c、220d。
此處，例如，通知給發送機器200(TX)之位置偏移反饋資訊FB可顯示於警報顯示部220a、220b、220c、220d。警報顯示部220a、220b、220c、220d例如亦可使用能發出可見光之發光二極體(LED：Light Emitting Diode)等而形成。
(接收機器之平面構成例)
於應用有實施形態之位置偏移檢測裝置110之非接觸供電系統100中，接收機器300(RX)之模式性平面構成例表示為圖11所示。
如圖11所示，接收機器300(RX)亦可包含監控顯示部320、及配置於監控顯示部320上之位置偏移顯示部360。
此處，例如，通知給接收機器300(RX)之位置偏移反饋資訊FB可顯示於位置偏移顯示部360。即，於位置偏移顯示部360中，顯示有表示發送機器(TX)與接收機器(RX)之圖像，可觀察兩者之位置關係，而可修正發送機器(TX)與接收機器(RX)之相對位置偏移。
又，如圖11所示，接收機器300(RX)亦可包含配置於監控顯示部 360之外周部之警報顯示部340。此處，例如通知給接收機器300(RX)之位置偏移反饋資訊FB可顯示於警報顯示部340。警報顯示部340例如亦可使用能發出可見光之LED等而形成。
(位置偏移檢測方法)
於應用有實施形態之位置偏移檢測裝置110之非接觸供電系統100中，發送機器200(TX)與接收機器300(RX)之模式性俯視構成如圖12所示。又，伴隨有接收機器300(RX)相對於發送機器200(TX)自圖12所示之配置關係朝+X方向上位置偏移僅距離X1之情形時的模式性俯視構成例表示為圖13所示。
於圖12中，於發送機器200(TX)之充電台210上方配置有接收機器300(RX)，且未發生位置偏移。若自該狀態於3維XYZ座標之X、Y、Z方向發生△X、△Y、△Z之位置偏移，則於表示自發送機器200(TX)對接收機器300(RX)之發送電力Pt與頻率f之關係之曲線上，觀測到動作點之移位。
於應用有實施形態之位置偏移檢測裝置110之非接觸供電系統100中，發送機器200(TX)與接收機器300(RX)間之收發線圈部分之模式圖如圖14(a)所示，表示自發送機器200(TX)對接收機器300(RX)傳輸之發送電力Pt與發送頻率f之關係的P(f)曲線之模式圖如圖14(b)所示。
此處，於應用有實施形態之位置偏移檢測裝置110之非接觸供電系統100之啟動時，若將發送頻率fi下之發送電力Pt設為Pi，則於Pt(f)曲線上，發送電力以Pi=Pt(fi)表示。進而，於充電中頻率fi朝+方向僅移位△fi(+)之情形時之發送電力以Pt(fi+△fi(+))表示。另一方面，於充電中頻率fi朝-方向僅移位△fi(-)之情形時之發送電力以Pt(fi-△fi(-))表示。
此處，發送電力之差分[Pt(fi+△fi(+))-Pi]或[Pi-Pt(fi-△fi(-))]對應於頻率之偏移△fi(+)或△fi(-)。進而，頻率之偏移△fi(+)或△fi(-)對應 於接收機器300(RX)相對於發送機器200(TX)於配置上之相對之3維位置偏移(△Xi、△Yi、△Zi)。
因此，藉由觀測發送電力之差分，可觀測到接收機器300(RX)相對於發送機器200(TX)於配置上之相對之位置偏移。
於實施形態之位置偏移檢測裝置110中，除於啟動時觀測RECT輸出電壓VRECT之上升特性外，亦於RECT輸出電壓VRECT之值成為固定值之後之充電中，可觀測發送頻率之變化量，而觀測到位置偏移。
實施形態之位置偏移檢測裝置110可應用於發送電力Pt之功率位準例如達到約5W位準之智慧型手機、達到約30W位準之膝上PC(personal computer，個人電腦)、平板PC、進而達到約120W位準之電子機器、要求更高輸出之電動汽車等。
於應用有實施形態之位置偏移檢測裝置110之非接觸供電系統100中，伴隨有增加之頻移之情形時的發送電力Pt與頻率f之關係如圖15(a)所示，於應用有實施形態之位置偏移檢測裝置110之非接觸供電系統100中，伴隨有減少之頻移之情形時的發送電力Pt與頻率f之關係如圖15(b)所示。
即，於充電中，產生啟動時之頻率fi增加之頻移△f之情形時，如圖15(a)所示，曲線A表示發送電力Pt增加之特性，曲線B表示發送電力Pt固定之特性，曲線C表示發送電力Pt減少之特性。如圖15(a)所示，於頻率f=fi+△f下，與曲線A、曲線B、曲線C對應之發送電力Pt分別表示Pt2、Pi、Pt1之值。
另一方面，於充電中，產生啟動時之頻率fi減少之頻移△f之情形時，如圖15(b)所示，曲線D表示發送電力Pt增加之特性，曲線E表示發送電力Pt固定之特性，曲線F表示發送電力Pt減少之特性。如圖15(b)所示，於頻率f=fi-△f下，與曲線D、曲線E、曲線F對應之發送電力Pt分別表示Pt4、Pi、Pt3之值。
如圖15(a)及圖15(b)所示，發送電力Pt固定之特性表示接近於最佳之充電狀態，且表示接收機器300(RX)相對於發送機器200(TX)於配置上之相對之3維位置偏移幾乎不存在之狀態。另一方面，發送電力Pt減少之特性表示接收機器300(RX)相對於發送機器200(TX)於配置上之相對之3維位置偏移擴大之傾向。又，發送電力Pt增加之特性表示例如接收機器300(RX)相對於發送機器200(TX)之相對之配置自最佳之位置關係過度地靠近，而為過充電之狀態。
於應用有實施形態之位置偏移檢測裝置110之非接觸供電系統100中，收發線圈之位置關係下的發送電力Pt與洩漏電力PTh之關係之模式圖如圖16所示。例如，於接收機器300(RX)相對於發送機器200(TX)之相對之配置自最佳之位置關係偏移之情形時，除自發送機器200(TX)對接收機器300(RX)傳輸之電力Pt以外，亦存在向外部洩漏之洩漏電力PTh。該洩漏電力PTh成為作為熱損耗而擴散之電力。
如以上說明般，根據本實施形態，可提供一種可於充電中檢測發送機器上之接收機器之位置偏移之位置偏移檢測裝置、及搭載有位置偏移檢測裝置之電子機器。
[其他實施形態]
如上所述，藉由實施形態而記載了本發明，但構成本揭示之一部分之論述及圖式為例示性者，不應理解為限定本發明者。業者根據本揭示而可知各種代替實施形態、實施例及運用技術。
如此，本發明包含此處未記載之各種實施形態等。
[產業上之可利用性]
本發明之位置偏移檢測裝置可利用於以非接觸供電方式供給電力之各種系統，可利用於非接觸供電IC、行動電話、平板電腦終端、智慧型手機、影音播放器、遊戲機等電子機器。
100‧‧‧非接觸供電系統
110‧‧‧位置偏移檢測裝置
120‧‧‧比較器
140‧‧‧頻率計數器
160‧‧‧暫存器
200‧‧‧發送機器(TX)
202‧‧‧發送線圈
204‧‧‧驅動器
206‧‧‧第1控制器
208‧‧‧解調器
300‧‧‧接收機器(RX)
302‧‧‧接收線圈
304‧‧‧整流電路
306‧‧‧電容器
308‧‧‧調變器
310‧‧‧負載電路
312‧‧‧第2控制器
314‧‧‧電源電路
400‧‧‧控制部
C1、C4、Cp、Cs‧‧‧電容器
FB‧‧‧位置偏移反饋資訊
IF‧‧‧位置偏移資訊
L1、L2‧‧‧電感
S1‧‧‧驅動信號
S2‧‧‧電力信號
S3‧‧‧控制信號
VAC1、VAC2‧‧‧接收電壓
VCOM1‧‧‧比較器輸出電壓
Vdc‧‧‧直流輸出電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
VRECT‧‧‧RECT輸出電壓

Claims (20)

  1. 一種位置偏移檢測裝置，其特徵在於包含：比較器，其比較以非接觸供電方式自發送機器被供給電力之接收機器之接收線圈中感應之電流；頻率計數器，其與上述比較器連接，對自上述發送機器傳輸之發送頻率進行計數；及暫存器，其儲存上述頻率計數器之計數值；且上述位置偏移檢測裝置可於充電中檢測上述發送機器上之上述接收機器之位置偏移。
  2. 如請求項1之位置偏移檢測裝置，其中於充電中上述發送機器上之上述接收機器之位置發生偏移之情形時，自上述暫存器將位置偏移資訊通知給系統。
  3. 如請求項2之位置偏移檢測裝置，其中上述位置偏移資訊被通知給配置於上述系統內之控制部。
  4. 如請求項2或3之位置偏移檢測裝置，其中上述位置偏移資訊係將自上述發送機器傳輸至上述接收機器之發送電力之變化量作為上述發送頻率之變化量而檢測出之值。
  5. 如請求項3之位置偏移檢測裝置，其中接收到上述位置偏移資訊之上述控制部將位置偏移反饋資訊通知給上述接收機器，從而可於充電中調整上述發送機器上之上述接收機器之位置。
  6. 如請求項3之位置偏移檢測裝置，其中接收到上述位置偏移資訊之上述控制部將位置偏移反饋資訊通知給上述發送機器及上述接收機器，從而可於充電中調整上述發送機器上之上述接收機器之位置。
  7. 如請求項5或6之位置偏移檢測裝置，其中上述發送機器於俯視 時，包含充電台、及配置於上述充電台之外周部之四角之第1警報顯示部，通知給上述發送機器之上述位置偏移反饋資訊可顯示於上述第1警報顯示部。
  8. 如請求項7之位置偏移檢測裝置，其中上述第1警報顯示部包含發光二極體。
  9. 如請求項5或6之位置偏移檢測裝置，其中上述接收機器於俯視時，包含監控顯示部、及配置於上述監控顯示部上之位置偏移顯示部，通知給上述接收機器之上述位置偏移反饋資訊可顯示於上述位置偏移顯示部。
  10. 如請求項9之位置偏移檢測裝置，其中於上述位置偏移顯示部，顯示有表示上述發送機器與上述接收機器之圖像，從而可修正上述發送機器與上述接收機器之相對位置偏移。
  11. 如請求項5或6之位置偏移檢測裝置，其中上述接收機器於俯視時，於上述監控顯示部之外周部包含第2警報顯示部，通知給上述接收機器之上述位置偏移反饋資訊可顯示於上述第2警報顯示部。
  12. 如請求項11之位置偏移檢測裝置，其中上述第2警報顯示部包含發光二極體。
  13. 一種電子機器，其特徵在於包含：接收機器，其以非接觸供電方式自發送機器被供給電力；位置偏移檢測裝置，其與上述接收機器連接，可於充電中檢測上述發送機器上之上述接收機器之位置偏移；及控制部，其與上述接收機器及上述位置偏移檢測裝置連接。
  14. 如請求項13之電子機器，其中上述位置偏移檢測裝置包含： 比較器，其比較上述接收線圈中感應之電流；頻率計數器，其與上述比較器連接，對自上述發送機器傳輸之發送頻率進行計數；及暫存器，其儲存上述頻率計數器之計數值。
  15. 如請求項14之電子機器，其中於充電中上述發送機器上之上述接收機器之位置發生偏移之情形時，自上述暫存器將位置偏移資訊通知給上述控制部。
  16. 如請求項15之電子機器，其中上述位置偏移資訊係將自上述發送機器傳輸至上述接收機器之發送電力之變化量作為上述發送頻率之變化量而檢測出之值。
  17. 如請求項15之電子機器，其中接收到上述位置偏移資訊之上述控制部將位置偏移反饋資訊通知給上述接收機器，從而可於充電中調整上述發送機器上之上述接收機器之位置。
  18. 如請求項15之電子機器，其中接收到上述位置偏移資訊之上述控制部將位置偏移反饋資訊通知給上述發送機器及上述接收機器，從而可於充電中調整上述發送機器上之上述接收機器之位置。
  19. 如請求項13至18中任一項之電子機器，其中上述控制部包含CPU或微電腦。
  20. 如請求項13至18中任一項之電子機器，其中上述電子機器為非接觸供電IC、行動電話、平板電腦終端、智慧型手機、影音播放器、遊戲機中之任一者。
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