WO2013042353A1 - 非接触給電システム - Google Patents

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WO2013042353A1
WO2013042353A1 PCT/JP2012/005949 JP2012005949W WO2013042353A1 WO 2013042353 A1 WO2013042353 A1 WO 2013042353A1 JP 2012005949 W JP2012005949 W JP 2012005949W WO 2013042353 A1 WO2013042353 A1 WO 2013042353A1
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WO
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coil
secondary coil
power
primary
control circuit
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/005949
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English (en)
French (fr)
Inventor
小笠原 潔
伸裕 見市
薫 古川
稔博 秋山
Original Assignee
パナソニック 株式会社
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Publication date
Application filed by パナソニック 株式会社 filed Critical パナソニック 株式会社
Publication of WO2013042353A1 publication Critical patent/WO2013042353A1/ja

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14Inductive couplings
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/90Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving detection or optimisation of position, e.g. alignment

Definitions

  • the present invention relates to a noncontact power feeding system for feeding power to a power receiving device in a contactless manner.
  • Non-contact power feeding system that feeds power from a power feeding device to a power receiving device in a non-contact manner (see, for example, Patent Document 1).
  • the power receiving device when power feeding is performed, the power receiving device is installed at a predetermined position in the power feeding device. Only in this state, power feeding from the power feeding device to the power receiving device is performed.
  • a plurality of primary coils L1 are arranged along the feeding plate 6 inside the feeding device 10 in the free layout type non-contact feeding system.
  • the power receiving device 30 is provided with a secondary coil L2.
  • the secondary coil L2 is in a state of being directly opposed to the primary coil L1.
  • the primary coil L1 is excited at an operating frequency f1.
  • An induced current is generated in the secondary coil L2 based on a change in magnetic flux from the excited primary coil L1. This induced current is the output power of the power receiving device.
  • the power is supplied contactlessly from the power supply device 10 to the power reception device 30 using electromagnetic induction.
  • the operating frequency f1 of the primary coil L1 is a resonant system when the secondary coil L2 faces the primary coil L1. It is set to coincide with the resonance frequency fr at.
  • the resonance frequency fr is a resonance frequency of the secondary coil L2.
  • the power receiving device since the power receiving device is installed at a fixed position with respect to the power feeding device, the secondary coil L2 can always face the primary coil L1 at the time of power feeding. Therefore, by setting the operating frequency f1 to the resonance frequency fr, the power reception device 30 can obtain the maximum output power W1.
  • the secondary coil L2 may be located between two adjacent primary coils L1.
  • the leakage inductance Le is minimized when the secondary coil L2 faces the primary coil L1. Then, the leakage inductance Le increases as the secondary coil L2 shifts along the feed plate 6 from the directly-facing position.
  • the resonance frequency fr becomes smaller as the leakage inductance Le becomes larger. Therefore, as indicated by the arrows in FIG. 11, the resonance frequency fr decreases with the resonance system according to the positional deviation of the secondary coil L2 with respect to the primary coil L1.
  • the output power W2 when the secondary coil L2 is located between the two primary coils L1 is significantly lower than the output power W1 when it is in the directly facing position.
  • the variation of the output power of the power receiving device 30 is large according to the installation position of the power receiving device 30, and it is difficult to secure stable output power.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a non-contact power feeding system capable of securing stable output power regardless of the position of a secondary coil.
  • the non-contact electric supply system of the present invention is arranged along an electric supply side, and generates a plurality of primary coils which generate an alternating magnetic flux by supplying an alternating current oscillating at an operating frequency.
  • a power receiving device including a secondary coil that generates induced power based on alternating magnetic fluxes from a plurality of primary coils disposed on the power feeding surface, and supplies the power to a load, in the secondary coil
  • a coil position determination unit that determines the position of the secondary coil with respect to the primary coil, which utilizes the resonance phenomenon, a switching circuit that switches the value of the resonant frequency of the secondary coil with respect to the operating frequency, and the determination of the coil position determination unit
  • a control circuit that controls the switching circuit such that the operating frequency corresponds to the resonant frequency based on the result.
  • the switching circuit is a plurality of sets of capacitors and switching elements connected to the secondary coil, the plurality of sets of capacitors and switching elements are connected in parallel with each other, and the sets of capacitors and switching elements are Preferably, the switching circuits are connected in series, and the switching circuit switches the resonance frequency to the operating frequency by switching on and off the switching elements of each set.
  • the coil position determination unit recognizes the presence detection level based on a voltage value or a current value in each primary coil which changes in accordance with the degree of magnetic coupling between each primary coil and the secondary coil, Preferably, the position of the secondary coil relative to the primary coil is determined based on the recognized presence detection level.
  • the coil position determination unit is provided corresponding to each of the plurality of primary coils, and corresponds to each of a plurality of light emitting elements that emit light to the power receiving device on the feeding surface and a plurality of light emitting elements. And a plurality of light receiving elements that detect the presence or absence of reflected light of light emitted to the power receiving device on the feeding surface, and the number of light receiving elements that detect the presence of reflected light among the plurality of light receiving elements It is preferable to include a determination unit that determines the position of the secondary coil with respect to the primary coil.
  • stable output power can be secured regardless of the position of the secondary coil.
  • FIG. 2 is a perspective view of a power feeding device and a power receiving device in the first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a resonance system switching circuit in the first embodiment.
  • 8 is a table showing on / off states of the respective photo MOSs according to the position of the secondary coil L2 in the first embodiment.
  • c) Second of the secondary coil L2 The top view which shows a position.
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view of a power feeding device and a power receiving device according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view of the device and the power receiving device.
  • the non-contact power feeding system includes a power feeding device 10 and a power receiving device 30.
  • the power receiving device 30 is incorporated in the portable terminal 40.
  • specific configurations of the power feeding device 10 and the power receiving device 30 will be described.
  • the power supply device 10 has a flat housing 5.
  • a feed plate 6 on which the portable terminal 40 is installed is formed on the top surface of the housing 5.
  • Thirty-six primary coils L ⁇ b> 1 are disposed in the inside of the housing 5 over the entire area of the feed plate 6.
  • the primary coils L 1 are arranged in a matrix of 6 rows ⁇ 6 columns in the feed plate 6.
  • the power supply apparatus 10 includes a single common unit 11 and a plurality of (in this example, 36 in the same number as the primary coil L1) power supply units 15 connected to the common unit 11, respectively. Equipped with
  • the common unit 11 includes a power supply circuit 13, a common control circuit 12, and a memory 14.
  • the power supply circuit 13 converts alternating current power from an external power supply into an appropriate direct current voltage, and supplies the direct current voltage to each of the power supply units 15 and the common unit 11 as operating power.
  • the memory 14 stores an ID code unique to the power receiving device 30.
  • the common control circuit 12 is configured by a microcomputer, and generally controls the power feeding device 10 through various command signals to the respective power feeding units 15.
  • the feed unit 15 includes a unit control circuit 19, an excitation drive circuit 16, a voltage detection circuit 17, and a primary side communication circuit 18.
  • Both ends of the primary coil L1 are connected to the excitation drive circuit 16.
  • a capacitor C1 is connected between one end of the primary coil L1 and the excitation drive circuit 16.
  • both ends of the primary side communication coil L3 are connected to the primary side communication circuit 18.
  • the unit control circuit 19 executes control of the excitation drive circuit 16 when receiving a command signal from the common control circuit 12 to request power supply. Under control of the unit control circuit 19, the excitation drive circuit 16 generates an alternating current of the operating frequency f1 and supplies it to the primary coil L1 and the capacitor C1. Thereby, the primary coil L1 is excited. At this time, the magnetic flux from the primary coil L1 changes.
  • the voltage detection circuit 17 is connected to the primary coil L1.
  • the voltage detection circuit 17 detects the voltage of the primary coil L1 and outputs the detection result to the unit control circuit 19.
  • the unit control circuit 19 supplies a high frequency current to the primary coil L1, and based on the detection result of the voltage detection circuit 17 at that time, detects whether or not an object is present around the primary coil L1.
  • the excited primary coil L1 is magnetically coupled to the secondary coil L2 to increase the impedance viewed from the primary coil L1. Do. Therefore, the voltage of the primary coil L1 is reduced.
  • Unit control circuit 19 calculates the degree of magnetic coupling of secondary coil L2 with respect to primary coil L1 as the presence detection level based on the detection result of voltage detection circuit 17.
  • the presence detection level when the distance between the secondary coil L2 and the primary coil L1 in the axial direction of the primary coil L1 is constant, the secondary coil L2 and the primary coil L1 are viewed from the axial direction. It becomes a value according to the overlapping area.
  • the presence detection level is calculated as "0.0" when the secondary coil L2 does not overlap the primary coil L1 at all, and when the secondary coil L2 overlaps the entire area of the primary coil L1, It is calculated as "1.0".
  • unit control circuit 19 determines that an object is present around primary coil L1 based on the calculated presence detection level, unit control circuit 19 outputs an information signal including the presence detection level to primary side communication circuit 18.
  • the primary side communication circuit 18 modulates the information signal, and wirelessly transmits the modulated signal via the primary side communication coil L3.
  • the unit control circuit 19 When it is determined that an object is present around the primary coil L1 based on the presence detection level, the unit control circuit 19 outputs the presence detection level to the common control circuit 12.
  • the common control circuit 12 receives the presence detection level from the unit control circuit 19, the common control circuit 12 generates an ID request signal through the unit control circuit 19, and outputs the generated signal to the primary side communication circuit 18.
  • the primary side communication circuit 18 modulates the ID request signal, and wirelessly transmits the modulated signal via the primary side communication coil L3.
  • the primary communication coil L3 When receiving the ID signal from the power receiving device 30 using electromagnetic induction, the primary communication coil L3 outputs the received signal to the primary communication circuit 18.
  • the primary side communication circuit 18 demodulates the ID signal, and outputs the demodulated signal to the common control circuit 12 through the unit control circuit 19.
  • the common control circuit 12 collates the ID code contained in the ID signal with the ID code stored in the memory 14.
  • the common control circuit 12 determines that the verification of the ID code is established, the common control circuit 12 executes the power supply as described above, assuming that the object is the normal power receiving device 30.
  • the power receiving device 30 includes a rectifier circuit 31, a DC / DC converter 35, a secondary communication circuit 32, a secondary control circuit 33, a memory 34, and a resonance system switching circuit 41. , And a switch drive circuit 38.
  • Both ends of the secondary communication coil L4 are connected to the secondary communication circuit 32.
  • the secondary coil L2 induces a current based on a change in magnetic flux from the primary coil L1.
  • the rectifier circuit 31 rectifies AC power induced in the secondary coil L2.
  • the DC / DC converter 35 converts the DC voltage from the rectifier circuit 31 into a value suitable for the operation of the portable terminal 40. This DC voltage is used, for example, to charge a secondary battery (not shown) that is an operation power supply of the mobile terminal 40.
  • the secondary side control circuit 33 is constituted by a microcomputer and operates by receiving a part of the power from the rectifier circuit 31. Further, in the memory 34, an ID code unique to the power receiving device 30 is stored.
  • Both ends of the secondary coil L2 are connected to the rectifier circuit 31.
  • a resonance system switching circuit 41 is connected between one end of the secondary coil L2 and the rectifier circuit 31.
  • the secondary communication coil L4 receives an ID request signal or an information signal from the primary communication coil L3 using electromagnetic induction, the secondary communication coil L4 outputs the received signal to the secondary communication circuit 32.
  • the secondary side communication circuit 32 demodulates the ID request signal or the information signal, and outputs the demodulated signal to the secondary side control circuit 33.
  • the secondary side control circuit 33 When the secondary side control circuit 33 recognizes the ID request signal, the secondary side control circuit 33 generates an ID signal including the ID code stored in the memory 34, and outputs the generated signal to the secondary side communication circuit 32.
  • the secondary side communication circuit 32 modulates the ID signal, and wirelessly transmits the modulated signal via the secondary side communication coil L4.
  • the secondary side control circuit 33 When the secondary side control circuit 33 recognizes the information signal, it switches the state of the resonance system switching circuit 41 through the switch drive circuit 38 based on the presence detection level included in the signal.
  • the resonance system switching circuit 41 will be described in detail below.
  • the resonance system switching circuit 41 includes three capacitors C2a to C2c and first to third photo MOSs (Metal Oxide Semiconductor) 42a to 42c.
  • the capacitor C2a and the photo MOS 42a are connected in series
  • the capacitor C2 b and the photo MOS 42 b are connected in series
  • the capacitor C2 c and the photo MOS 42 c are connected in series.
  • the capacitors connected in series and the photo MOS are connected in parallel, respectively.
  • the first to third photo MOSs 42a to 42c each include a light emitting diode 43, a photovoltaic cell 44, and two FETs (Field-Effect Transistors) 45a and 45b.
  • Each light emitting diode 43 is connected to the switch drive circuit 38.
  • the photovoltaic cell 44 is connected to the gate terminals of both FETs 45 a and 45 b. Further, the drain terminal and the source terminal of the FETs 45 a and 45 b are connected to the connection line between the secondary coil L 2 and the rectifier circuit 31.
  • the switch drive circuit 38 lights the light emitting diode 43 based on the command signal from the secondary side control circuit 33.
  • the photovoltaic cell 44 applies a constant voltage to the gate terminals of the FETs 45a and 45b.
  • the drain terminal and the source terminal of the FETs 45a and 45b become conductive. This is the on state of the first to third photo MOSs 42a to 42c.
  • any one of the position where the secondary coil L2 faces the primary coil L1, the first position, and the second position It can be judged whether it exists in the position of. Specifically, as shown in FIG. 5 (a), when the presence detection level is 0.9 or more, it can be determined that the secondary coil L2 is present in the directly facing position with respect to the primary coil L1. is there. Further, as shown in FIG. 5B, when the presence detection level is 0.7 or more and less than 0.9, it is determined that the secondary coil L2 is present at the first position relative to the primary coil L1. It is possible. Further, as shown in FIG. 5C, when the presence detection level is less than 0.7, it can be determined that the secondary coil L2 is present at the second position with respect to the primary coil L1.
  • the position of the secondary coil L2 can be determined through the presence detection level. Therefore, in the present embodiment, the unit control circuit 19, the primary coil L1 and the voltage detection circuit 17 in the power supply apparatus 10, which are configured to calculate the presence detection level, correspond to the coil position determination unit.
  • the secondary side control circuit 33 switches the on / off states of the first to third photo MOSs 42a to 42c based on the presence detection level included in the information signal.
  • the reason why the states of the photo MOSs 42a to 42c are switched according to the presence detection level, that is, the position of the secondary coil L2 with respect to the primary coil L1 will be described below.
  • FIG. 6 shows a resonance system that indicates the output power of the power receiving device 30 according to the operating frequency of the primary coil L1. As shown in the figure, there are two resonance frequencies: a primary side resonance frequency fa and a secondary side resonance frequency fb.
  • the resonance frequencies fa and fb are resonance frequencies when the secondary coil L2 is at a position directly facing the primary coil L1.
  • the operating frequency f1 when the operating frequency f1 is set in the vicinity of the primary side resonance frequency fa, the impedance in the state where the two coils L1 and L2 are magnetically coupled is excessively reduced, and the circuit efficiency is reduced. Therefore, in this example, in order to use the secondary side resonance frequency fb, the operating frequency f1 supplied to the primary coil L1 is set near the secondary side resonance frequency fb.
  • the resonant frequency is derived from the following equation.
  • the resonance frequency decreases as the leakage inductance Le or the capacitance C of the capacitor increases.
  • the resonance system shown in FIG. 6 moves in the direction in which the resonance frequency becomes smaller (left direction in the drawing).
  • a resonance system at a first position indicated by an alternate long and short dash line in FIG. 6 exists at a position shifted by a constant value A1 to the left from the resonance system at the directly opposed position indicated by the solid line in FIG.
  • a resonance system at a second position indicated by a two-dot chain line in FIG. 6 exists at a position deviated from the resonance system at the directly opposed position by a constant value A2 larger than the constant value A1 on the left.
  • the secondary side control circuit 33 suppresses the deviation of the resonance system with respect to the operating frequency f1 by switching the on / off states of the first to third photo MOSs 42a to 42c. That is, the secondary side control circuit 33 turns on the first to third photo MOSs 42a to 42c on the assumption that the secondary coil L2 is in the facing position when the presence detection level is 0.9 or more. At this time, since the three capacitors C2a to C2c become effective, the capacitance C of the above equation (1) becomes maximum. In this case, an output power W1 can be obtained by exciting the primary coil L1 at the operating frequency f1 as a resonance system at the directly opposed position shown by the solid line in FIG.
  • the secondary side control circuit 33 turns on the first and second photo MOSs 42a and 42b on the assumption that the secondary coil L2 is at the first position. In this state, the third photo MOS 42c is turned off. At this time, since the two capacitors C2a and C2b become effective, the capacitance C in the above equation (1) becomes smaller than in the case of the above-mentioned directly facing position. Thereby, the resonance system moves to the right by a constant value A1 in FIG.
  • the constant value A1 is the same value as the amount of displacement of the resonance system to the left due to the increase of the leakage inductance Le when the secondary coil L2 is displaced from the directly opposed position to the first position.
  • the capacitance of the capacitor C2c is set to have the same value. Therefore, the shift of the resonance system accompanying the increase of the leakage inductance Le is offset by the decrease of the capacitance C. As a result, the position of the resonance system does not change even when the secondary coil L2 is at the first position. Therefore, the output power W1 can be obtained also at the first position.
  • the secondary side control circuit 33 assumes that the secondary coil L2 is in the second position, turns on the first photo MOS 42a, and the second and third The photo MOSs 42b and 42c are turned off. At this time, since only the capacitor C2a is effective, the capacitance C in the equation (1) is smaller than that in the first position. Thereby, the resonance system moves to the right by a constant value A2 in FIG.
  • the constant value A2 is the same value as the amount of displacement of the resonance system to the left due to the increase of the leakage inductance Le when the secondary coil L2 shifts from the directly-facing position to the second position.
  • the capacitances of the capacitors C2b and C2c are set to have the same value. Therefore, the shift of the resonance system accompanying the increase of the leakage inductance Le is offset by the decrease of the capacitance C. As a result, the position of the resonance system does not change even when the secondary coil L2 is at the second position. Thus, the output power W1 can be obtained also at the second position. Therefore, the more stable output of the power receiving device 30 can be obtained regardless of the position of the secondary coil L2.
  • FIGS. 7 to 9 a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 9.
  • the noncontact power feeding system of this embodiment is configured in the same manner as the first embodiment except that the method of determining the position of the secondary coil L2 with respect to the primary coil L1 is different from that of the first embodiment. Ru.
  • differences from the first embodiment will be mainly described.
  • the power supply unit 15 includes a presence detection circuit 50.
  • the presence detection circuit 50 includes LEDs (light emitting diodes) 51a to 51l and light receiving elements 52a to 52l.
  • the LEDs 51a to 51l and the light receiving elements 52a to 52l are disposed on a substrate 55 having a square plate shape.
  • the substrate 55 is formed of a material having high permeability so as not to inhibit the entrance and exit of the magnetic flux from the primary coil L1.
  • substrate 55 is installed in the upper surface of each primary coil L1.
  • the LEDs 51a to 51l are arranged to draw a square along the edge of the substrate 55.
  • An LED 51 a is provided in the upper left corner of the substrate 55 in the drawing, and an LED 51 d is provided in the upper right corner.
  • the LED 51 j is provided in the lower left corner of the substrate 55 in the drawing, and the LED 51 g is provided in the lower right corner of the substrate 55 in the drawing.
  • the LEDs 51b and 51c are provided from the left between the LEDs 51a and 51d, and the LEDs 51e and 51f are provided from the top between the LEDs 51d and 51g.
  • LEDs 51h and 51i are provided from the right between the LEDs 51g and 51j, and LEDs 51k and 51l are provided from the bottom between the LEDs 51j and 51a.
  • Light receiving elements 52a to 52l are provided at the lower right of the LEDs 51a to 51l.
  • the feed plate 6 is formed of a highly translucent material.
  • the LEDs 51 a to 51 l and the light receiving elements 52 a to 52 l are provided at positions in contact with the lower surface of the feed plate 6. Each of the LEDs 51a to 51l emits light to the outside of the feeding plate 6, and when the power receiving device 30 is present on the feeding plate 6, each of the light receiving elements 52a to 52l receives the reflected light.
  • the unit control circuit 19 determines the position of the secondary coil L2 with respect to the primary coil L1 through the presence detection circuit 50 at regular intervals. That is, the unit control circuit 19 lights the LEDs 51a to 51l in order. At this time, when the power receiving device 30 exists in the irradiation direction of the light of the LEDs 51 a to 51 l, the light is reflected to the power receiving device 30. The light receiving elements 52a to 52l detect the presence or absence of the reflected light, and output the detection result to the unit control circuit 19.
  • the unit control circuit 19 includes, in the information signal, the number of light receiving elements 52a to 52l detected that there is reflected light, and wirelessly transmits the information signal through the primary side communication circuit 18 and the primary side communication coil L3.
  • the secondary communication coil L4 receives an information signal from the primary communication coil L3 using electromagnetic induction, the secondary communication coil L4 outputs the received signal to the secondary communication circuit 32.
  • the secondary side communication circuit 32 demodulates the information signal and outputs the demodulated signal to the secondary side control circuit 33.
  • the position of the secondary coil L2 with respect to the primary coil L1 can be determined based on the number of the light receiving elements 52a to 52l that is detected to indicate that there is reflected light. That is, it can be judged that the position of the secondary coil L2 with respect to the primary coil L1 has shifted, so that the number is small. Therefore, the secondary side control circuit 33 detects that the secondary coil L2 faces the primary coil L1 based on the number of light receiving elements 52a to 52l detected in the information signal that the reflected light is present, It is determined which one of the position 1 and the second position exists.
  • the secondary side control circuit 33 assumes that the secondary coil L2 is in the directly facing position as in the first embodiment.
  • the first to third photo MOSs 42a to 42c are turned on. If the number of light receiving elements 52a to 52l detected that there is reflected light is 8 or more and less than 11, the secondary side control circuit 33 determines that the secondary coil L2 is at the first position, and the first and second The photo MOSs 42a and 42b are turned on, and the third photo MOS 42 c is turned off.
  • the secondary side control circuit 33 assumes that the secondary coil L2 is at the second position, and the first photo MOS 42a is used.
  • the second and third photo MOSs 42b and 42c are turned off.
  • the presence detection circuit 50 and the unit control circuit 19 correspond to a coil position determination unit.
  • the position of the power receiving device 30 (secondary coil L2) relative to the primary coil L1 can be determined based on the presence or absence of reflected light with respect to light.
  • the capacitance C can be changed according to the position of the secondary coil L2. Therefore, regardless of the position of the secondary coil L2, a stable output of the power reception device 30 can be obtained.
  • the resonance system is shifted in a state where the operating frequency f1 is fixed by changing the capacitance C of the equation (1).
  • the operating frequency f1 may be changed.
  • the resonance system switching circuit 41 is omitted, and for example, the excitation drive circuit 16 is provided with a frequency switching circuit. Even in this case, stable output power can be obtained by setting the operating frequency f1 near the resonance frequency of the secondary coil according to the position of the secondary coil L2 with respect to the primary coil L1.
  • transmission and reception of information signals are not required, and therefore both communication circuits 18 and 32 can be omitted.
  • the three capacitors C2a to C2c are connected in parallel with one another, but the number of capacitors is not limited to this.
  • the number of photo MOSs is determined according to the number of capacitors.
  • the configuration of the resonance system switching circuit 41 is not limited to the above embodiments as long as the capacitance C of the above equation (1) can be changed.
  • a variable capacitor capable of changing the capacitance C may be employed.
  • the position of the secondary coil L2 with respect to the primary coil L1 can be determined based on the presence detection level, and in the second embodiment, the detection result of the light receiving elements 52a to 52l.
  • the method is not limited to the above two embodiments as long as the position can be determined.
  • a capacitance sensor may be disposed along the feed plate 6, and the position of the secondary coil L2 with respect to the primary coil L1 may be determined based on the detection result of the sensor.
  • the number and the installation positions of the LEDs 51a to 51l and the light receiving elements 52a to 52l are not limited to those in the second embodiment.
  • an LED and a light receiving element may be provided at the center of the substrate 55 in FIG.
  • the unit control circuit 19 determines whether the position of the secondary coil L2 is the directly facing position, the first position, or the second position based on the presence detection level, and the determination The result may be included in the information signal for wireless transmission. Also, this determination may be performed by the secondary side control circuit 33. Similarly, in the second embodiment, the unit control circuit 19 determines whether the position of the secondary coil L2 is the directly facing position, the first position, or the second position based on the detection results of the light receiving elements 52a to 52l. The determination result may be included in the information signal and transmitted wirelessly.
  • the capacitors C2a to C2c to be effective are switched using the photo MOSs 42a to 42c.
  • FETs of types other than photo MOSs may be used, and mechanical switches may also be used.
  • the information signal includes the presence detection level for transmission.
  • the detection result of the voltage detection circuit 17 may be included as it is in this information signal.
  • the secondary side control circuit 33 calculates the presence detection level based on the detection result of the voltage detection circuit 17 included in the information signal, and turns on / off the first to third photo MOSs 42a to 42c based on the presence detection level. The state may be switched.
  • the LEDs 51a to 51l are adopted as the light emitting elements.
  • the light emitting elements are not limited to LEDs, and may be light bulbs. Also, an infrared sensor may be used.
  • the unit control circuit 19 in the above embodiment may be omitted.
  • the common control circuit 12 also performs the control that the unit control circuit 19 has executed in the above embodiment.
  • the common control circuit 12 may perform part of the control performed by the unit control circuit 19, or conversely, the unit control circuit 19 may perform part of the control performed by the common control circuit 12.

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Abstract

2次コイル(L2)の1次コイル(L1)に対する位置に応じて、共振系切替回路(41)において有効とするコンデンサを切り替えることにより容量を変化させる。この容量変化により、動作周波数に対する共振系の位置が一定に保たれる。よって、2次コイル(L2)の位置に関わらず、より安定した受電装置(30)の出力を得ることができる。

Description

非接触給電システム
 この発明は、非接触で受電装置に給電する非接触給電システムに関する。
 従来、給電装置から受電装置へ非接触にて給電を行う非接触給電システムが存在する(例えば、特許文献1参照)。従来の非接触給電システムにおいては、給電の実行にあたって、受電装置を給電装置における決まった位置に設置する。この状態においてのみ、給電装置から受電装置への給電が行われる。
 近年、さらなるユーザの利便性の向上を図るべく、給電装置の上面(給電面)における任意の位置に受電装置を設置するだけで、この受電装置への給電が可能となる、いわゆるフリーレイアウト型の非接触給電システムが検討されている(例えば、特許文献2参照)。
 図10(a)に示すように、フリーレイアウト型の非接触給電システムにおける給電装置10の内部には、その給電板6に沿って複数の1次コイルL1が配列されている。また、受電装置30には2次コイルL2が設けられている。図10(a)においては、2次コイルL2が1次コイルL1に正対した状態にある。この1次コイルL1は動作周波数f1にて励磁される。励磁された1次コイルL1からの磁束の変化に基づき2次コイルL2には誘起電流が生じる。この誘起電流が受電装置の出力電力である。このように、電磁誘導を利用して給電装置10から受電装置30に非接触で電力が供給される。
特開2003-204637号公報 特開2008-5573号公報
 従来の非接触給電システム(フリーレイアウト型でないシステム)においては、図11に示すように、1次コイルL1の動作周波数f1は、2次コイルL2が1次コイルL1に正対したときの共振系における共振周波数frに一致するように設定される。この共振周波数frは、2次コイルL2の共振周波数である。従来の非接触給電システムにおいては、受電装置は給電装置に対して決まった位置に設置されるため、給電時には常に2次コイルL2を1次コイルL1に正対させることができる。よって、動作周波数f1を共振周波数frとすることで受電装置30において最大の出力電力W1を得ることができる。
 一方、上記フリーレイアウト型の非接触給電システムにおいては、給電装置10の給電板6であれば、受電装置30を特に決まった位置に設置する必要がない。従って、このシステムにおいては、図10(b)に示すように、2次コイルL2が互いに隣接する2つの1次コイルL1間に位置する場合もある。2次コイルL2が1次コイルL1に正対した状態においては漏れインダクタンスLeは最小となる。そして、2次コイルL2が正対位置から給電板6に沿ってずれていくにつれて漏れインダクタンスLeが増加する。
 共振周波数frは、漏れインダクタンスLeが大きくなるほど小さくなることが知られている。従って、図11の矢印で示すように、1次コイルL1に対する2次コイルL2の位置ずれに応じて共振系とともに共振周波数frが小さくなる。
 このため、2次コイルL2が2つの1次コイルL1間に位置しているときの出力電力W2は、正対位置にあるときの出力電力W1に比べて大幅に低下する。このように、フリーレイアウト型の非接触給電システムにおいては受電装置30の設置位置に応じて受電装置30における出力電力のばらつきが大きく、安定した出力電力を確保することが困難であった。
 この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、2次コイルの位置に関わらず安定した出力電力を確保できる非接触給電システムを提供することにある。
 上記課題を解決するために、本発明の非接触給電システムは、給電面に沿って配置され、動作周波数にて振動する交流電流が供給されることで交番磁束を発生させる複数の1次コイルを含む給電装置と、給電面に設置された複数の1次コイルからの交番磁束に基づき誘起電力を発生させ、その電力を負荷に供給する2次コイルを含む受電装置とを備え、2次コイルにおける共振現象を利用するものであり、2次コイルの1次コイルに対する位置を判断するコイル位置判断部と、動作周波数に対する2次コイルにおける共振周波数の値を切り替える切替回路と、コイル位置判断部の判断結果に基づき、動作周波数が共振周波数に対応するように切替回路を制御する制御回路とを備える。
 また、上記構成において、切替回路は、2次コイルに接続された複数組のコンデンサ及びスイッチング素子であって、複数組のコンデンサ及びスイッチング素子は互いに並列に接続され、各組のコンデンサ及びスイッチング素子は互いに直列接続され、切替回路は、前記各組のスイッチング素子のオンオフを切り替えることにより、動作周波数に対する共振周波数を切り替えることが好ましい。
 また、上記構成において、コイル位置判断部は、各1次コイルと2次コイルとの磁気結合の度合いに応じて変化する各1次コイルにおける電圧値又は電流値に基づき存在検知レベルを認識し、認識された存在検知レベルに基づき2次コイルの1次コイルに対する位置を判断することが好ましい。
 また、上記構成において、コイル位置判断部は、複数の1次コイルにそれぞれ対応して設けられ、給電面における受電装置に対して光を放射する複数の発光素子と、複数の発光素子にそれぞれ対応して設けられ、給電面における受電装置に対して放射された光の反射光の有無を検出する複数の受光素子と、複数の受光素子のうち反射光があることを検出した受光素子の数に基づき、2次コイルの1次コイルに対する位置を判断する判断部とを含むことが好ましい。
 本発明によれば、非接触給電システムにおいて、2次コイルの位置に関わらず安定した出力電力を確保できる。
第1の実施形態における非接触給電システムの構成を示すブロック図。 第1の実施形態における給電装置及び受電装置の斜視図。 第1の実施形態における共振系切替回路の構成を示すブロック図。 第1の実施形態における2次コイルL2の位置に応じた各フォトMOSのオンオフ状態を示した表。 第1の実施形態における(a)2次コイルL2の正対位置を示す上面図、(b)2次コイルL2の第1の位置を示す上面図、(c)2次コイルL2の第2の位置を示す上面図。 第1の実施形態における2次コイルL2の位置に応じた受電装置の出力(共振系)を示したグラフ。 第2の実施形態における非接触給電システムの構成を示すブロック図。 第2の実施形態における存在検知回路の上面図。 第2の実施形態における給電装置及び受電装置の部分断面図。 背景技術における(a)2次コイルL2が正対位置にあるときの給電装置及び受電装置の部分断面図、(b)2次コイルL2が両1次コイルL1間の中央位置にあるときの給電装置及び受電装置の部分断面図。 背景技術における2次コイルL2が1次コイルL1に正対した位置及び2次コイルL2が両1次コイルL1間の中央位置にあるときの共振系を示したグラフ。
 (第1の実施形態)
 以下、本発明の非接触給電システムを具体化した第1の実施形態を図1~図6を参照しつつ説明する。
 図1に示すように、非接触給電システムは、給電装置10と、受電装置30とを備える。本例では、受電装置30は、携帯端末40に内蔵されている。以下、給電装置10及び受電装置30の具体的構成について説明する。
 (給電装置)
 図2に示すように、給電装置10は平板状の筐体5を有している。筐体5の上面には携帯端末40が設置される給電板6が形成されている。筐体5の内部には、36個の1次コイルL1が給電板6の全域に亘って配置される。1次コイルL1は、給電板6において6行×6列のマトリックス状に配置されている。
 図1に示すように、給電装置10は、単一の共通ユニット11と、この共通ユニット11にそれぞれ接続される複数(本例では1次コイルL1と同数の36個)の給電ユニット15と、を備える。
 共通ユニット11は、電源回路13と、共通制御回路12と、メモリ14とを備える。電源回路13は、外部電源からの交流電力を適切な直流電圧に変換し、その直流電圧を動作電力として各給電ユニット15及び共通ユニット11に供給する。メモリ14には、受電装置30に固有のIDコードが記憶されている。
 共通制御回路12は、マイクロコンピュータで構成されるとともに、各給電ユニット15への各種指令信号を通じて給電装置10を統括制御する。
 給電ユニット15は、ユニット制御回路19と、励磁駆動回路16と、電圧検出回路17と、1次側通信回路18とを備える。
 励磁駆動回路16には、1次コイルL1の両端が接続されている。そして、1次コイルL1の一端及び励磁駆動回路16間にはコンデンサC1が接続されている。また、1次側通信回路18には1次側通信用コイルL3の両端が接続されている。
 ユニット制御回路19は、共通制御回路12からの給電を要求する旨の指令信号を受けると、励磁駆動回路16の制御を実行する。励磁駆動回路16は、ユニット制御回路19による制御を通じて、動作周波数f1の交流電流を生成し、それを1次コイルL1及びコンデンサC1に供給する。これにより、1次コイルL1は励磁される。このとき、1次コイルL1からの磁束は変化する。
 電圧検出回路17は1次コイルL1に接続されている。この電圧検出回路17は、1次コイルL1の電圧を検出するとともに、その検出結果をユニット制御回路19に出力する。
 ユニット制御回路19は1次コイルL1に高周波電流を供給し、そのときの電圧検出回路17の検出結果に基づき、1次コイルL1の周辺に物体が存在するか否かの存在検知を行う。
 詳しくは、1次コイルL1の磁束方向に2次コイルL2が存在する場合には、励磁される1次コイルL1はその2次コイルL2と磁気結合することで1次コイルL1からみたインピーダンスが増加する。このため、1次コイルL1の電圧が低下する。
 ユニット制御回路19は、電圧検出回路17の検出結果に基づき、1次コイルL1に対する2次コイルL2の磁気結合の度合いを存在検知レベルとして算出する。この存在検知レベルは、1次コイルL1の軸方向における2次コイルL2と1次コイルL1との距離が一定の場合には、この軸方向からみて、2次コイルL2と1次コイルL1とが重なる面積に応じた値となる。存在検知レベルは、1次コイルL1に2次コイルL2が全く重なっていない場合には「0.0」と算出され、1次コイルL1の全域に亘って2次コイルL2が重なっているときには「1.0」と算出される。
 ユニット制御回路19は、算出された存在検知レベルに基づき、1次コイルL1の周辺に物体が存在する旨判断したとき、その存在検知レベルを含む情報信号を1次側通信回路18に出力する。1次側通信回路18は、情報信号を変調し、その変調した信号を1次側通信用コイルL3を介して無線送信する。
 また、ユニット制御回路19は、存在検知レベルに基づき、1次コイルL1の周辺に物体が存在する旨判断したとき、その存在検知レベルを共通制御回路12に出力する。共通制御回路12は、ユニット制御回路19から存在検知レベルを受けると、ユニット制御回路19を通じてID要求信号を生成し、その生成した信号を1次側通信回路18に出力する。1次側通信回路18は、ID要求信号を変調し、その変調した信号を1次側通信用コイルL3を介して無線送信する。
 1次側通信用コイルL3は、受電装置30からのID信号を電磁誘導を利用して受信すると、その受信信号を1次側通信回路18に出力する。1次側通信回路18は、ID信号を復調し、その復調した信号をユニット制御回路19を通じて共通制御回路12に出力する。共通制御回路12は、ID信号に含まれるIDコードと、メモリ14に記憶されるIDコードとの照合を行う。共通制御回路12は、IDコードの照合が成立した旨判断したとき、物体が正規の受電装置30であるとして上述のように給電を実行する。
 (受電装置)
 図1に示すように、受電装置30は、整流回路31と、DC/DCコンバータ35と、2次側通信回路32と、2次側制御回路33と、メモリ34と、共振系切替回路41と、スイッチ駆動回路38と、を備える。
 2次側通信回路32には2次側通信用コイルL4の両端が接続されている。2次コイルL2は、1次コイルL1からの磁束の変化に基づき電流を誘起する。整流回路31は、2次コイルL2に誘起される交流電力を整流する。DC/DCコンバータ35は、整流回路31からの直流電圧を携帯端末40の動作に適切な値に変換する。この直流電圧は、例えば携帯端末40の動作電源である2次電池(図示略)の充電に利用される。
 2次側制御回路33は、マイクロコンピュータで構成されるとともに、整流回路31からの電力の一部を受けて動作する。また、メモリ34には、受電装置30に固有のIDコードが記憶されている。
 整流回路31には、2次コイルL2の両端が接続されている。また、2次コイルL2の一端及び整流回路31間には共振系切替回路41が接続されている。2次側通信用コイルL4は、電磁誘導を利用して1次側通信用コイルL3からのID要求信号又は情報信号を受信すると、その受信信号を2次側通信回路32に出力する。2次側通信回路32は、ID要求信号又は情報信号を復調し、その復調した信号を2次側制御回路33に出力する。
 2次側制御回路33は、ID要求信号を認識すると、メモリ34に記憶されるIDコードを含むID信号を生成し、その生成した信号を2次側通信回路32に出力する。2次側通信回路32は、ID信号を変調し、その変調した信号を2次側通信用コイルL4を介して無線送信する。
 2次側制御回路33は、情報信号を認識すると、その信号に含まれる存在検知レベルに基づき、スイッチ駆動回路38を通じて共振系切替回路41の状態を切り替える。以下、共振系切替回路41について詳細に説明する。
 図3に示すように、共振系切替回路41は、3つのコンデンサC2a~C2cと、第1~第3のフォトMOS(Metal Oxide Semiconductor)42a~42cとを備える。コンデンサC2a及びフォトMOS42aは直列接続され、コンデンサC2b及びフォトMOS42bは直列接続され、コンデンサC2c及びフォトMOS42cは直列接続されている。各直列接続されたコンデンサ及びフォトMOSは、それぞれ並列接続されている。
 第1~第3のフォトMOS42a~42cは、発光ダイオード43と、光発電セル44と、2つのFET(電界効果トランジスタ:Field-Effect Transistor)45a,45bとを備える。各発光ダイオード43はスイッチ駆動回路38に接続されている。また、光発電セル44は、両FET45a,45bのゲート端子に接続されている。また、FET45a,45bのドレイン端子及びソース端子は2次コイルL2及び整流回路31間の接続線に接続されている。
 スイッチ駆動回路38は、2次側制御回路33からの指令信号に基づき発光ダイオード43を点灯させる。光発電セル44は、発光ダイオード43からの光を受けると、FET45a,45bのゲート端子に一定電圧を印加する。これにより、FET45a,45bのドレイン端子及びソース端子間が導通状態となる。これが第1~第3のフォトMOS42a~42cのオン状態である。
 ここで、図5(a)~(c)に示すように、存在検知レベルに基づき2次コイルL2が1次コイルL1に対して正対位置、第1の位置及び第2の位置のうち何れの位置に存在しているかが判断可能である。具体的には、図5(a)に示すように、存在検知レベルが0.9以上のとき、2次コイルL2が1次コイルL1に対して正対位置に存在していると判断可能である。また、図5(b)に示すように、存在検知レベルが0.7以上0.9未満のとき、2次コイルL2が1次コイルL1に対して第1の位置に存在している旨判断可能である。また、図5(c)に示すように、存在検知レベルが0.7未満のとき、2次コイルL2が1次コイルL1に対して第2の位置に存在している旨判断可能である。
 このように、存在検知レベルを通じて2次コイルL2の位置が判断可能である。従って、本例では、存在検知レベルを算出するための構成である給電装置10におけるユニット制御回路19、1次コイルL1及び電圧検出回路17がコイル位置判断部に相当する。
 図4の表に示すように、2次側制御回路33は、情報信号に含まれる存在検知レベルに基づき、第1~第3のフォトMOS42a~42cのオンオフ状態を切り替える。以下、存在検知レベル、すなわち1次コイルL1に対する2次コイルL2の位置に応じて、各フォトMOS42a~42cの状態を切り替える理由について説明する。
 図6には1次コイルL1の動作周波数に応じた受電装置30の出力電力を示す共振系が示されている。同図に示すように、1次側共振周波数fa及び2次側共振周波数fbの2つの共振周波数が存在する。これら共振周波数fa,fbは2次コイルL2が1次コイルL1に正対した位置にあるときの共振周波数である。
 ここで、動作周波数f1を1次側共振周波数faの近傍に設定した場合には、両コイルL1,L2が磁気結合した状態でのインピーダンスが過度に低下することで回路効率が低下する。従って、本例では2次側共振周波数fbを利用するべく、1次コイルL1に供給される動作周波数f1は2次側共振周波数fbの近傍に設定される。共振周波数は以下の式から導出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 式(1)より、漏れインダクタンスLe又はコンデンサの容量Cが大きいほど共振周波数が小さくなることがわかる。2次コイルL2が1次コイルL1に正対した位置から給電板6の面方向にずらされた場合には、漏れインダクタンスLeが増大していく。従来の構成においては、これに伴って、図6に示される共振系は、共振周波数が小さくなる方向(図中の左方向)に移動する。図6の実線で示す正対位置における共振系から、左側に一定値A1だけずれた位置に図6の一点鎖線で示す第1の位置における共振系が存在する。そして、正対位置における共振系から、左側に上記一定値A1より大きい一定値A2だけずれた位置に図6の二点鎖線で示す第2の位置における共振系が存在する。
 2次側制御回路33は、第1~第3のフォトMOS42a~42cのオンオフ状態の切り替えを通じて、動作周波数f1に対する共振系のずれを抑制する。すなわち、2次側制御回路33は、存在検知レベルが0.9以上のとき2次コイルL2が正対位置にあるとして、第1~第3のフォトMOS42a~42cをオン状態とする。このとき、3つのコンデンサC2a~C2cが有効となるため、上記式(1)の容量Cが最大となる。この場合、図6の実線で示す正対位置の共振系となって、動作周波数f1で1次コイルL1を励磁することで出力電力W1を得ることができる。
 また、2次側制御回路33は、存在検知レベルが0.7以上0.9未満のとき、2次コイルL2が第1の位置にあるとして、第1及び第2のフォトMOS42a,42bをオン状態とし、第3のフォトMOS42cをオフ状態とする。このとき、2つのコンデンサC2a,C2bが有効となるため、上記式(1)の容量Cは、上記正対位置の場合より小さくなる。これにより、共振系は図6において一定値A1だけ右側に移動する。この一定値A1は、2次コイルL2が正対位置から第1の位置へずれた場合における漏れインダクタンスLeの増大に伴う共振系の左側へのずれ量と同一値である。換言すると、同一値となるようにコンデンサC2cの容量が設定されている。従って、漏れインダクタンスLeの増大に伴う共振系のずれが、容量Cの減少によって相殺される。この結果、2次コイルL2が第1の位置となった場合であっても共振系の位置は変化しない。このため、第1の位置においても出力電力W1を得ることができる。
 また、2次側制御回路33は、存在検知レベルが0.7未満のとき、2次コイルL2が第2の位置にあるとして、第1のフォトMOS42aをオン状態とし、第2及び第3のフォトMOS42b,42cをオフ状態とする。このとき、コンデンサC2aのみが有効となるため、上記式(1)の容量Cは、上記第1の位置における場合よりさらに小さくなる。これにより、共振系は図6において一定値A2だけ右側に移動する。この一定値A2は、2次コイルL2が正対位置から第2の位置へずれた場合における漏れインダクタンスLeの増大に伴う共振系の左側へのずれ量と同一値である。換言すると、同一値となるようにコンデンサC2b,C2cの容量が設定されている。従って、漏れインダクタンスLeの増大に伴う共振系のずれが、容量Cの減少によって相殺される。この結果、2次コイルL2が第2の位置となった場合であっても共振系の位置は変化しない。このため、第2の位置においても出力電力W1を得ることができる。よって、2次コイルL2の位置に関わらず、より安定した受電装置30の出力を得ることができる。
 以上、説明した実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
 (1)2次コイルL2の1次コイルL1に対する位置に応じて、有効とするコンデンサC2a~C2cの切り替えを通じて上記式(1)の容量Cを変化させることで、動作周波数f1に対する共振系の位置が一定に保たれる。よって、2次コイルL2の位置に関わらず、より安定した受電装置30の出力を得ることができる。
 (2)容量Cを変化させることで動作周波数f1に対する共振系の位置を設定している。これにより、例えば動作周波数f1が予め規格等により定まっている場合であっても、動作周波数f1を規格に則した値に固定しつつ、より安定した受電装置30の出力を得ることができる。
 (第2の実施形態)
 以下、本発明の第2の実施形態について、図7~図9を参照して説明する。この実施形態の非接触給電システムは、2次コイルL2の1次コイルL1に対する位置の判断方法が上記第1の実施形態と異なっている点を除き、上記第1の実施形態と同様に構成される。以下、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
 図7に示すように、給電ユニット15は存在検知回路50を備える。この存在検知回路50は、LED(発光ダイオード)51a~51lと、受光素子52a~52lとを備えている。
 図8に示すように、LED51a~51l及び受光素子52a~52lは、正方板状でなる基板55に配置されている。この基板55は、1次コイルL1からの磁束の出入りを阻害しない程度に透磁性の高い材質で形成されている。図9に示すように、この基板55は、各1次コイルL1の上面に設置されている。
 詳しくは、図8に示すように、LED51a~51lは、基板55の縁に沿って正方形を描くように配置されている。基板55における図中の左上角部にLED51aを設け、右上角部にLED51dを設ける。また、基板55における図中の左下角部にLED51jを設け、基板55における図中の右下角部にLED51gを設ける。そして、LED51a,51d間には左からLED51b,51cを設け、LED51d,51g間には上からLED51e,51fを設ける。また、LED51g,51j間には右からLED51h,51iを設け、LED51j,51a間には下からLED51k,51lを設ける。各LED51a~51lに対応してそれらの右下には受光素子52a~52lが設けられる。給電板6は透光性の高い材質で形成される。また、LED51a~51l及び受光素子52a~52lは、給電板6の下面に接する位置に設けられる。各LED51a~51lは給電板6の外部に光を出し、給電板6に受電装置30が存在する場合には各受光素子52a~52lはその反射光を受光する。
 ユニット制御回路19は、一定周期毎に存在検知回路50を通じて2次コイルL2の1次コイルL1に対する位置を判断する。すなわち、ユニット制御回路19は、LED51a~51lを順に点灯させる。このとき、LED51a~51lの光の照射方向に受電装置30が存在する場合には、その光は受電装置30に反射する。受光素子52a~52lは、この反射光の有無を検出し、その検出結果をユニット制御回路19に出力する。
 ユニット制御回路19は、受光素子52a~52lのうち反射光がある旨検出した数を情報信号に含ませて1次側通信回路18及び1次側通信用コイルL3を通じて無線送信する。2次側通信用コイルL4は、電磁誘導を利用して1次側通信用コイルL3からの情報信号を受信すると、その受信信号を2次側通信回路32に出力する。2次側通信回路32は、情報信号を復調し、その復調した信号を2次側制御回路33に出力する。
 ここで、受光素子52a~52lのうち反射光がある旨検出した数に基づき、2次コイルL2の1次コイルL1に対する位置を判断可能である。すなわち、その数が小さいほど1次コイルL1に対する2次コイルL2の位置はずれていると判断できる。従って、2次側制御回路33は、情報信号に含まれる、受光素子52a~52lのうち反射光がある旨検出した数に基づき2次コイルL2が1次コイルL1に対して正対位置、第1の位置及び第2の位置の何れに存在しているかを判断する。例えば、2次側制御回路33は、受光素子52a~52lのうち反射光がある旨検出した数が11以上の場合、2次コイルL2が正対位置にあるとして、第1の実施形態と同様に第1~第3のフォトMOS42a~42cをオン状態とする。また、2次側制御回路33は、受光素子52a~52lのうち反射光がある旨検出した数が8以上11未満の場合、2次コイルL2が第1の位置にあるとして第1及び第2のフォトMOS42a,42bをオン状態とし、第3のフォトMOS42cをオフ状態とする。また、2次側制御回路33は、受光素子52a~52lのうち反射光がある旨検出した数が8未満の場合、2次コイルL2が第2の位置にあるとして、第1のフォトMOS42aをオン状態とし、第2及び第3のフォトMOS42b,42cをオフ状態とする。これにより、上記実施形態と同様に2次コイルL2の位置に関わらず、より安定した受電装置30の出力を得ることができる。
 なお、本実施形態においては存在検知回路50及びユニット制御回路19がコイル位置判断部に相当する。
 以上、説明した実施形態によれば、特に以下の効果を奏することができる。
 (3)LED51a~51lから給電板6側に光が放射される。光に対する反射光の有無に基づき1次コイルL1に対する受電装置30(2次コイルL2)の位置が判断可能となる。よって、第1の実施形態と同様に、2次コイルL2の位置に応じて容量Cを変化させることができる。従って、2次コイルL2の位置に関わらず、安定した受電装置30の出力を得ることができる。
 なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
 ・上記各実施形態においては、上記式(1)の容量Cを変化させることで、動作周波数f1を固定した状態で共振系をずらしていた。しかし、動作周波数f1を変化させてもよい。この場合、共振系切替回路41が省略されて、例えば励磁駆動回路16に周波数切替回路が設けられる。この場合であっても、2次コイルL2の1次コイルL1に対する位置に応じて動作周波数f1を2次コイルの共振周波数近傍とすることで、安定した出力電力が得られる。本構成においては、情報信号の送受信が不要となることから、両通信回路18,32を省略することもできる。
 ・上記各実施形態においては、3つのコンデンサC2a~C2cが互いに並列に接続されていたが、コンデンサの数はこれに限らない。コンデンサの数に応じてフォトMOSの数が決定する。また、上記式(1)の容量Cを変化させることができれば、共振系切替回路41の構成は上記各実施形態に限定されない。例えば、容量Cを変化させることができるバリアブルコンデンサを採用してもよい。
 ・第1の実施形態においては存在検知レベル、第2の実施形態においては受光素子52a~52lの検出結果に基づき2次コイルL2の1次コイルL1に対する位置が判断可能とされていた。しかし、その位置が判断可能であれば方式は上記両実施形態に限定されない。例えば、静電容量センサを給電板6に沿って配置し、そのセンサの検出結果に基づき2次コイルL2の1次コイルL1に対する位置を判断してもよい。
 ・LED51a~51l及び受光素子52a~52lの数及び設置位置は、第2の実施形態に限定されない。例えば、図8における基板55の中央にもLED及び受光素子を設けてもよい。
 ・第1の実施形態において、ユニット制御回路19は、存在検知レベルに基づき2次コイルL2の位置が正対位置、第1の位置及び第2の位置の何れであるかを判断し、その判断結果を情報信号に含ませて無線送信してもよい。また、この判断は、2次側制御回路33で行われてもよい。第2の実施形態も同様に、ユニット制御回路19は、受光素子52a~52lの検出結果に基づき2次コイルL2の位置が正対位置、第1の位置及び第2の位置の何れであるかを判断し、その判断結果を情報信号に含ませて無線送信してもよい。
 ・上記各実施形態においては、フォトMOS42a~42cを利用して、有効となるコンデンサC2a~C2cが切り替えられていた。しかし、有効となるコンデンサC2a~C2cを切り替え可能なスイッチング素子であれば、フォトMOS以外の種類のFETであってもよいし、さらに機械的なスイッチであってもよい。
 ・第1の実施形態においては、情報信号に存在検知レベルを含ませて送信していた。しかし、この情報信号に電圧検出回路17の検出結果をそのまま含ませてもよい。この場合、2次側制御回路33は、情報信号に含まれる電圧検出回路17の検出結果に基づき存在検知レベルを算出し、この存在検知レベルに基づき第1~第3のフォトMOS42a~42cのオンオフ状態を切り替えてもよい。
 ・第2の実施形態においては、発光素子としてLED51a~51lが採用されていたが、発光するものであればLEDに限らず電球であってもよい。また、赤外線センサを利用してもよい。
 ・上記実施形態におけるユニット制御回路19を省略してもよい。この場合には、共通制御回路12は、上記実施形態においてユニット制御回路19が実行していた制御も行う。また、ユニット制御回路19が行っていた制御の一部を共通制御回路12が行ったり、逆に共通制御回路12が行っていた制御の一部をユニット制御回路19が行ったりしてもよい。

Claims (5)

  1.  非接触給電システムであって、
     給電面に沿って配置され、動作周波数にて振動する交流電流が供給されることで交番磁束を発生させる複数の1次コイルを含む給電装置と、
     前記給電面に設置された前記複数の1次コイルからの交番磁束に基づき誘起電力を発生させ、その電力を負荷に供給する2次コイルを含む受電装置とを備え、前記2次コイルにおける共振現象を利用する非接触給電システムにおいて、
     前記2次コイルの前記1次コイルに対する位置を判断するコイル位置判断部と、
     前記動作周波数に対する前記2次コイルにおける共振周波数の値を切り替える切替回路と、
     前記コイル位置判断部の判断結果に基づき、前記動作周波数が前記共振周波数に対応するように前記切替回路を制御する制御回路とを備える非接触給電システム。
  2.  請求項1に記載の非接触給電システムにおいて、
     前記切替回路は、前記2次コイルに接続された複数組のコンデンサ及びスイッチング素子であって、複数組のコンデンサ及びスイッチング素子は互いに並列に接続され、各組のコンデンサ及びスイッチング素子は互いに直列接続され、前記切替回路は、前記各組のスイッチング素子のオンオフを切り替えることにより、前記動作周波数に対する前記共振周波数を切り替える、非接触給電システム。
  3.  請求項1又は2に記載の非接触給電システムにおいて、
     前記コイル位置判断部は、前記各1次コイルと前記2次コイルとの磁気結合の度合いに応じて変化する前記各1次コイルにおける電圧値又は電流値に基づき存在検知レベルを認識し、認識された存在検知レベルに基づき前記2次コイルの前記1次コイルに対する位置を判断する、非接触給電システム。
  4.  請求項1又は2に記載の非接触給電システムにおいて、
     前記コイル位置判断部は、
     前記複数の1次コイルにそれぞれ対応して設けられ、前記給電面における前記受電装置に対して光を放射する複数の発光素子と、
     前記複数の発光素子にそれぞれ対応して設けられ、前記給電面における前記受電装置に対して放射された光の反射光の有無を検出する複数の受光素子と、
     前記複数の受光素子のうち反射光があることを検出した前記受光素子の数に基づき、前記2次コイルの前記1次コイルに対する位置を判断する判断部とを含む、非接触給電システム。
  5.  請求項2に記載の非接触給電システムにおいて、前記各組の前記スイッチング素子はフォトMOSである、非接触給電システム。
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