WO2013168518A1 - 非接触電力伝送システム、異物検出方法、送電装置及び受電装置 - Google Patents

非接触電力伝送システム、異物検出方法、送電装置及び受電装置 Download PDF

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power transmission
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亮 高市
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Necカシオモバイルコミュニケーションズ株式会社
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    • H02J7/00045Authentication, i.e. circuits for checking compatibility between one component, e.g. a battery or a battery charger, and another component, e.g. a power source

Definitions

  • the present invention relates to a non-contact power transmission system using electromagnetic induction, a foreign object detection method used in the system, and a power transmission device and a power reception device constituting the system.
  • non-contact power transmission which uses non-contact and transmits power in a non-contact manner without using contacts or connectors
  • a charging system for charging a secondary battery provided in a mobile phone or various household electric devices for example, a handset of a fixed phone, a digital camera, a portable game machine, an electric shaver, and an electric toothbrush.
  • power loss occurs during power transmission because the primary coil that transmits power and the secondary coil that receives power are electromagnetically coupled to transmit power. To do.
  • the amount of power loss depends on the distance between the primary side coil and the secondary side coil. As the distance increases, the amount of power loss increases and the power that can be received by the secondary side coil decreases.
  • the primary coil In a non-contact power transmission system using electromagnetic induction, if there is a foreign object (especially a conductive foreign object such as a metal foreign object) between the primary coil and the secondary coil, the primary coil It may be electromagnetically coupled to supply power to the foreign material.
  • a foreign object especially a conductive foreign object such as a metal foreign object
  • the primary coil It may be electromagnetically coupled to supply power to the foreign material.
  • an induced current flows through the foreign matter for a relatively long time during charging. Therefore, the foreign matter may generate heat, and the generated foreign matter may cause fire or burns. is there. Therefore, it is necessary to provide a mechanism for detecting foreign matter in the non-contact power transmission system.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 described above when an increase in transmitted power due to an increase in load is detected, it is assumed that a foreign object is present and power transmission is stopped.
  • Patent Documents 1 and 2 are based on the power receiving side (2 from the power transmitting side (primary coil) when conductive foreign matter exists between the primary coil and the secondary coil. Using the principle that the load of the secondary coil) increases, it is determined whether or not there is a foreign substance.
  • the technologies described in Patent Documents 1 and 2 are based on the premise that power is transmitted from the power transmission device to the power reception device by placing the power reception device including the secondary side coil on the power transmission device including the primary side coil. Yes. That is, this technique is basically applicable when the distance between the primary coil and the secondary coil does not change.
  • the received power of the secondary side coil is the same as that of the primary side coil and the secondary side coil as described above. Since it changes depending on the distance, it is not possible to accurately determine whether or not a foreign object exists only by monitoring the transmission power of the primary coil. For example, assuming that the distance between the power transmission device and the power reception device changes, when the power transmission device adjusts the transmission power so that required power can be received by the power reception device, the distance between the power transmission device and the power reception device is long. If there is no foreign object, the transmitted power of the power transmission device increases even if there is no foreign object.
  • the present invention provides a non-contact power transmission system and a foreign matter detection method capable of accurately detecting the presence or absence of foreign matter even when the distance between a power transmission device having a primary coil and a power receiving device having a secondary coil changes.
  • An object is to provide a power transmission device and a power reception device.
  • a non-contact power transmission system of the present invention includes a power transmission device including a primary side coil for transmitting power; A power receiving device including a secondary coil that is electromagnetically coupled to the primary coil and receives power transmitted from the primary coil; A distance sensor for measuring a distance between the power transmission device and the power reception device; Have The power receiving device is: When receiving power from the power transmission device, the received power information indicating the received power is transmitted to the power transmission device via the primary side coil and the secondary side coil, The power transmission device is: When the theoretical value of the received power of the power receiving device corresponding to the distance between the power transmission device and the power receiving device measured by the distance sensor is obtained, and the power received by the power receiving device does not match the theoretical value corresponding to the distance Then, power transmission to the power receiving apparatus is stopped.
  • the foreign object detection method of the present invention includes a power transmission device including a primary side coil for transmitting electric power, A power receiving device including a secondary coil that is electromagnetically coupled to the primary coil and receives power transmitted from the primary coil;
  • a power receiving device including a secondary coil that is electromagnetically coupled to the primary coil and receives power transmitted from the primary coil;
  • a distance sensor for measuring a distance between the power transmission device and the power reception device;
  • the power receiving device is When receiving power from the power transmission device, the received power information indicating the received power is transmitted to the power transmission device via the primary side coil and the secondary side coil,
  • the power transmission device is Obtaining a theoretical value of the received power of the power receiving device corresponding to the distance between the power transmitting device and the power receiving device measured by the distance sensor; If the power received by the power receiving device does not match the theoretical value corresponding to the distance, it is assumed that the foreign object is present and power transmission to the power receiving device is stopped.
  • the power transmission device of the present invention is electromagnetically coupled to a secondary coil for receiving power, and includes a primary coil for transmitting power to the power reception device including the secondary coil. Because A distance sensor for measuring a distance between the power transmission device and the power reception device; Information indicating the theoretical value of the power transmission efficiency from the primary coil to the secondary coil corresponding to the distance between the power transmitting device and the power receiving device, or the theoretical value of the transmitted power and the received power corresponding to the distance is stored. Storage device, The received power information indicating the power received by the power receiving device transmitted from the power receiving device via the primary coil and the secondary coil is received, and the power transmitting device and the power received by the distance sensor are received. A first control for obtaining a theoretical value of the received power of the power receiving device corresponding to the distance of the device and stopping power transmission to the power receiving device when the power received by the power receiving device does not match the theoretical value corresponding to the distance And Have
  • the power receiving device of the present invention is electromagnetically coupled to a primary coil for transmitting power, and a secondary coil for receiving power transmitted from the power transmitting device including the primary coil.
  • a power receiving device comprising: A distance sensor for measuring a distance between the power transmission device and the power reception device; Distance information indicating the distance between the power transmission device and the power receiving device measured by the distance sensor, and receiving power from the power transmission device, the received power information indicating the received power, the primary coil and the A second control unit for transmitting to the power transmission device via a secondary coil;
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a contactless power transmission system according to the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of an embodiment of the non-contact power transmission system illustrated in FIG.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an example of the operation of the charging pad shown in FIG.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of the processing procedure of the foreign object detection process shown in step S4 of FIG.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating another configuration example of the embodiment of the non-contact power transmission system illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a contactless power transmission system of the present invention.
  • the non-contact power transmission system of the present invention is electromagnetically coupled to a power transmission device 1 including a primary side coil 5 for transmitting power, and the primary side coil 5.
  • the power receiving device 2 includes a secondary coil 6 for receiving the power transmitted from the secondary coil 5, and the distance sensor 3 that measures the distance between the power transmitting device 1 and the power receiving device 2.
  • the distance sensor 3 may be provided in the power transmission device 1 or may be provided in the power reception device 2.
  • FIG. 1 shows a configuration example in which the power receiving device 2 includes a distance sensor 3.
  • the power transmission device 1 and the power reception device 2 illustrated in FIG. 1 can transmit power from the power transmission device 1 to the power reception device 2 in a non-contact manner by electromagnetically coupling the primary side coil 5 and the secondary side coil 6. Is possible.
  • the power transmission device 1 and the power reception device 2 illustrated in FIG. 1 can transmit and receive various types of information in a non-contact manner via the primary side coil 5 and the secondary side coil 6.
  • Received power information indicating the received power by the secondary coil 6 is transmitted from the power receiving device 2 to the power transmitting device 1.
  • the power receiving device 2 includes the distance sensor 3
  • the distance information between the power transmitting device 1 and the power receiving device 2 measured by the distance sensor 3 is also transmitted from the power receiving device 2 to the power transmitting device 1.
  • the power transmission device 1 obtains a theoretical value of the received power of the power receiving device 2 corresponding to the distance between the power transmitting device 1 and the power receiving device 2 measured by the distance sensor 3, and the power received by the power receiving device 2 corresponds to the distance. When it does not agree with the theoretical value, it is assumed that there is a foreign object between the power transmission device 1 and the power reception device 2, and power transmission to the power reception device 2 is stopped.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of an embodiment of the non-contact power transmission system shown in FIG.
  • the non-contact power transmission system shown in FIG. 2 includes a portable device 21 as the power receiving device 2 shown in FIG. 1 and a charging pad 11 on which the portable device 21 is placed as the power transmitting device 1. is there.
  • FIG. 2 shows a configuration example in which contactless power transmission is applied to a charging system that charges power transmitted from the charging pad 11 to a secondary battery included in the portable device.
  • the portable device 21 includes a mobile phone equipped with a secondary battery, a PHS (Personal Handyphone System), a PDA (Personal Data Assistance, Personal Digital Assistants), a portable game machine, and a notebook type. And tablet-type computers, various household electric appliances (for example, a handset of a fixed telephone, a digital camera, an electric shaver, and an electric toothbrush).
  • PHS Personal Handyphone System
  • PDA Personal Digital Assistants
  • portable game machine and a notebook type.
  • tablet-type computers various household electric appliances (for example, a handset of a fixed telephone, a digital camera, an electric shaver, and an electric toothbrush).
  • the charging pad 11 includes a primary coil 12 for power transmission, a control IC (Integrated Circuit) unit (first control unit) 13, a power supply unit 19, a transmission circuit 16, an amplifier 18, and a storage device 17. Prepare.
  • IC Integrated Circuit
  • the primary coil 12 for power transmission is a coil used for power transmission and transmission / reception of information with the portable device 21.
  • the primary side coil 5 shown in FIG. 1 is realized by the primary coil 12 for power transmission shown in FIG.
  • the power supply unit 19 generates a power supply voltage necessary for the operation of the charging pad 11 from a commercial power supply and supplies it to the charging pad 11.
  • the power supply unit 19 can be realized by, for example, a known AC adapter.
  • the storage device 17 corresponds to a control program executed by the control IC unit 13 and a theoretical value of transmission efficiency by contactless power transmission corresponding to a distance between the power transmission device 1 and the power reception device 2 created in advance, or a distance.
  • the theoretical values of transmitted power and received power are stored in a table format, for example.
  • the storage device 17 can be realized by a known magnetic disk device, semiconductor memory, or the like.
  • the transmission efficiency corresponding to the distance and the theoretical values of the transmission power and the reception power may be obtained in advance by, for example, simulation or experiment.
  • the amplifier 18 generates an AC voltage for power transmission to the portable device 21 from the power supply voltage generated by the power supply unit 19, amplifies the AC voltage to a required power, and supplies it to the primary coil 12 for power transmission.
  • a known power amplifier may be used as the amplifier 18.
  • the transmission circuit 16 transmits a transmission line used for transmitting and receiving information between the control IC unit 13 and the primary coil for power transmission 12 and an AC signal supplied from the amplifier 18 to the primary coil for power transmission 12. Includes tracks.
  • the control IC unit 13 controls the operation of the entire charging pad 11.
  • the control IC unit 13 is an information processing IC (microprocessor) having a CPU (Central Processing Unit) that executes processing according to a predetermined control program and a memory that temporarily stores information necessary for the processing of the CPU. Computer).
  • the function of the power transmission device 1 illustrated in FIG. 1 is realized by the processing of the control IC unit 13.
  • the portable device 21 includes a power receiving secondary coil 22, a transmission circuit 26, a control IC unit (second control unit) 23, a charging control unit 28, a secondary battery 27, a distance sensor 31, a CPU 30 and a memory 29.
  • the secondary coil 22 for power reception is a coil used for receiving power transmitted from the charging pad 11 and transmitting / receiving information to / from the charging pad 11.
  • the secondary coil 6 shown in FIG. 1 is realized by the power receiving secondary coil 22 shown in FIG.
  • the secondary battery 27 supplies power necessary for the operation of the portable device 21.
  • a known secondary battery such as a lithium ion secondary battery may be used.
  • the charging control unit 28 controls the charging operation for the secondary battery 27 in accordance with an instruction from the CPU 30.
  • the charging operation includes not only the start / stop of charging of the secondary battery 27 but also the measurement of the charging current and the storage amount of the secondary battery 27.
  • the charging control unit 28 can be realized by, for example, a known secondary battery monitoring (protection) IC.
  • the CPU 30 controls the operation of the entire portable device 21 by executing processing according to a predetermined control program.
  • the control IC unit 23 controls a power reception operation by non-contact power transmission and a transmission / reception operation of information with the charging pad 11 in accordance with an instruction from the CPU 30.
  • the control IC unit 23 is realized by an information processing IC (microcomputer or the like) including a CPU that executes processing according to a predetermined control program and a memory that temporarily stores information necessary for the processing of the CPU. it can.
  • the function of the power receiving device 2 illustrated in FIG. 1 is realized by processing of the control IC unit 23.
  • the memory 29 stores a control program executed by the CPU 30 and the control IC unit 23 and various data used by the portable device 21.
  • the memory 29 can be realized by a known magnetic disk device or semiconductor memory.
  • the transmission circuit 26 is a transmission line used for transmitting / receiving information between the control IC unit 23 and the power receiving secondary coil 22, and a transmission line used for transmitting / receiving information between the control IC unit 23 and the charging control unit 28. including.
  • the distance sensor 31 measures the distance between the charging pad 11 and the portable device 21.
  • the distance sensor 31 may be a known sensor that measures distance using ultrasonic waves, capacitance, light, electromagnetic waves, or the like.
  • the control IC unit 13 and the control IC unit 23 are information on the distance between the charging pad 11 and the portable device 21 measured by the distance sensor 31 via the primary coil 12 for transmission and the secondary coil 22 for power reception.
  • Received power information indicating the received power of 21, authentication information for mutually authenticating the charging pad 11 and the portable device 21, and information such as the charging current and charged amount of the secondary battery 27 measured by the charging control unit 28.
  • the charging pad 11 may transmit information superimposed on the power transmitted to the portable device 21, or may transmit information to the portable device 21 during a period when power is not transmitted.
  • the portable device 21 may transmit information to the charging pad 11 during a period when power is not received from the charging pad 11.
  • the received power may be obtained, for example, by connecting a resistor having a known resistance value in series to the power receiving secondary coil 22 and measuring the voltage across the resistor.
  • the charging pad 11 of this embodiment receives distance information and received power information from the portable device 21, the charging pad 11 and the portable device 21 are based on a table or the like stored in the storage device 17 by the control IC unit 13. A theoretical value of the received power of the portable device 21 corresponding to the distance is obtained, and it is determined whether or not the received power of the portable device 21 matches the theoretical value. When the received power of the portable device 21 does not match the theoretical value, the control IC unit 13 regards that a foreign object exists between the charging pad 11 and the portable device 21 and stops power transmission. Note that it is desirable to set an allowable error range in consideration of the measurement error of the distance sensor 31 for the theoretical value of the transmission efficiency corresponding to the distance or the theoretical value of the transmitted power and the received power.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an example of the operation of the charging pad shown in FIG. 2
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of the processing procedure of the foreign object detection process shown in step S4 of FIG.
  • the charging pad 11 determines whether or not the portable device 21 is placed on its own device at predetermined intervals by the control IC unit 13 (step S1).
  • a method for determining whether or not the portable device 21 is placed for example, there are the following methods.
  • the control IC unit 13 transmits predetermined power to be used for determination from the primary coil 12 for transmission, and previously determines the inductance of the primary coil 12 for transmission when the portable device 21 is placed and when it is not placed. Measure and record. Then, the inductance value of the transmission primary coil 12 is measured every predetermined period, and it is determined whether or not the portable device 21 is placed from the change in the inductance value.
  • step S1 When the portable device 21 is not placed on the charging pad 11, the control IC unit 13 repeats the process of step S1.
  • the control IC unit 13 detects the regular portable device 21 (hereinafter referred to as a regular device) to which the portable device 21 is charged. ) Is executed to determine whether or not (step S2).
  • the authentication process may be determined by transmitting and receiving authentication information such as an ID number previously assigned to the charging pad 11 and the portable device 21 via the primary coil 12 for power transmission and the secondary coil 22 that requires power reception. .
  • the control IC unit 13 determines whether or not the portable device 21 placed on its own device is a regular device (step S3).
  • the processing from step S1 is executed again without starting power transmission to 21.
  • the charging pad 11 may notify that the placed portable device 21 is not a regular device and that charging is not performed using a voice output unit or a display unit (not shown).
  • control IC unit 13 proceeds to step S4 and executes a foreign object detection process.
  • the control IC unit 13 transmits the preset foreign object determination power from the transmission primary coil 12 for a predetermined determination period (step S ⁇ b> 11).
  • the portable device 21 measures the received power by the control IC unit 23 and acquires the distance information measured by the distance sensor 31.
  • the control IC unit 23 transmits the received power information and the distance information to the charging pad 11 via the power transmission primary coil 12 and the power reception secondary coil 22.
  • the charging pad 11 determines whether or not the received power information (including the distance information when the portable device 21 includes the distance sensor 31) has been received by the control IC unit 13 (step S12). If no information is received, the process of step S12 is repeated.
  • the control IC unit 13 When receiving the received power information from the portable device 21, the control IC unit 13 refers to the table stored in the storage device 17 and receives the received power of the portable device 21 corresponding to the distance between the charging pad 11 and the portable device 21. Is obtained (step S13). Subsequently, the control IC unit 13 determines whether or not the received power of the portable device 21 indicated by the received power information matches the theoretical value of the received power corresponding to the distance from the portable device 21 ( Step S14).
  • the control IC unit 13 determines that there is a foreign object between the charging pad 11 and the portable device 21 (Ste S15).
  • the control IC unit 13 determines that there is no foreign object between the charging pad 11 and the portable device 21 (step S16).
  • control IC unit 13 ends the process without starting power transmission to the portable device 21.
  • the control IC unit 13 proceeds to the process of step S ⁇ b> 5 shown in FIG. 3, and the secondary battery is charged to the portable device 21 by the charging pad 11.
  • the power transmission necessary for the start is started.
  • the portable device 21 starts charging the secondary battery 27 with the power received from the charging pad 11 by the charging control unit 28.
  • the charging control unit 28 measures the charging current and the charged amount of the secondary battery 27 at predetermined intervals, and notifies the control IC unit 23 of the information.
  • the control IC unit 23 transmits the charging current and the charged amount of the secondary battery 27 received from the charging control unit 28 to the charging pad 11 through the primary coil 12 for power transmission and the secondary coil 22 for power reception.
  • the charging pad 11 acquires a charging current and a storage amount transmitted from the portable device 21 at predetermined intervals by the control IC unit 13, and determines whether or not the charging of the secondary battery 27 of the portable device 21 is completed. Determination is made (step S6). If charging of the secondary battery 27 has not ended, the process returns to step S5 and power transmission to the portable device 21 is continued. When the charging of the secondary battery 27 is finished, the control IC unit 13 stops the power transmission to the portable device 21 (step S7).
  • the distance between the charging pad 11 including the primary coil 5 and the portable device 21 including the secondary coil 6 is measured, and the distance information and the portable device 21 are measured.
  • the presence / absence of a foreign object is determined based on whether or not the received power of the portable device 21 matches the theoretical value corresponding to the distance. Therefore, even when the distance between the charging pad 11 and the portable device 21 changes, the presence or absence of a foreign object can be accurately detected.
  • FIG. 5 shows a configuration example of a non-contact power transmission system that can cope with such a case.
  • FIG. 5 is a block diagram showing another configuration example of the embodiment of the non-contact power transmission system shown in FIG.
  • the non-contact power transmission system shown in FIG. 5 has a configuration in which the charging pad 11 includes a first acceleration sensor 32 and the portable device 21 includes a second acceleration sensor 33.
  • the portable device 21 measures the inclination of its own device using the second acceleration sensor 33 at predetermined intervals by the control IC unit 23, and uses the inclination information for the secondary coil 22 for power reception and the primary coil 12 for power transmission.
  • the control IC unit 13 of the charging pad 11 shown in FIG. 5 determines the charging pad 11 from the inclination information of the own device measured by the acceleration sensor 32 and the inclination information of the portable device 21 transmitted from the portable device 21. A difference in inclination (posture) of the portable device 21 is obtained. Then, the distance between the charging pad 11 and the portable device 21 measured by the distance sensor 31 is corrected based on the difference in inclination.
  • the measured value of the distance sensor 31 is corrected according to the difference in inclination (posture) between the charging pad 11 and the portable device 21, and thus more accurate distance information can be obtained.
  • Other configurations and operations are the same as those of the non-contact power transmission system shown in FIGS. 2, 3, and 4, and thus description thereof is omitted.

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Abstract

 非接触電力伝送システムは、1次側コイルを備えた送電装置と、2次側コイルを備えた受電装置と、送電装置と受電装置との距離を測定する距離センサとを有する。受電装置は、送電装置から電力を受電すると、受電電力の情報を送電装置へ送信する。送電装置は、距離センサで測定された送電装置と受電装置の距離に対応する受電装置の受電電力の理論値を求め、受電装置で受電した電力が該距離に対応する理論値と一致しない場合、受電装置に対する送電を停止する。

Description

非接触電力伝送システム、異物検出方法、送電装置及び受電装置
 本発明は、電磁誘導を利用する非接触電力伝送システム、該システムで用いる異物検出方法、並びに該システムを構成する送電装置及び受電装置に関する。
 近年、電磁誘導を利用することで、接点やコネクタ等を用いずに非接触により電力を伝送する非接触電力伝送が脚光を浴びている。この非接触電力伝送については、携帯電話機や家庭用の各種電気機器(例えば固定電話機の子機、デジタルカメラ、携帯型のゲーム機、電気シェーバー、電動歯ブラシ)が備える二次電池を充電する充電システムに適用することが検討されている(特許文献1及び2参照)。
 電磁誘導を利用する非接触電力伝送システムでは、電力を送電する1次側コイルと電力を受電する2次側コイルとを電磁的に結合させて電力を伝送するため、電力伝送時に電力損失が発生する。この電力損失量は、1次側コイルと2次側コイルとの距離に依存し、距離が遠くなる程、電力損失量が増大して2次側コイルで受電できる電力が低減する。
 また、電磁誘導を利用する非接触電力伝送システムでは、1次側コイルと2次側コイル間に異物(特に導電性の異物、例えば金属異物)が在ると、1次側コイルが該異物とも電磁的に結合して、該異物にも電力を供給することがある。特に非接触電力伝送を上記充電システムに適用した構成では、充電時に異物に比較的長い時間誘導電流が流れるため、該異物が発熱し、該発熱した異物が発火や火傷等の要因になるおそれがある。そのため、非接触電力伝送システムには異物を検出するための仕組みを設ける必要がある。
 1次側コイルと2次側コイル間に導電性の異物が存在する場合、1次側コイルは、2次側コイルだけでなく該異物にも電力を供給することになるため、送電側からみた受電側の負荷が増大する。上記特許文献1や特許文献2では、負荷の増大による送電電力の上昇を検出した場合に、異物が存在するとみなして送電を停止することが記載されている。
 上述したように、特許文献1や2に記載の技術は、1次側コイルと2次側コイル間に導電性の異物が存在する場合に送電側(1次側コイル)からみた受電側(2次側コイル)の負荷が増大する原理を利用して、異物が存在するか否かを判定している。この特許文献1や2に記載の技術は、1次側コイルを備えた送電装置上に2次側コイルを備えた受電装置を置くことで、送電装置から受電装置に電力を送ることを前提としている。すなわち、基本的に1次側コイルと2次側コイルとの距離が変わらない場合に適用可能な技術である。
 一方、受電装置の置き方によって1次側コイルと2次側コイルの距離が変わることが想定される場合、上述したように2次側コイルの受電電力は1次側コイルと2次側コイルの距離に依存して変わるため、1次側コイルの送電電力を監視するだけでは、異物が存在するか否かを正確に判別できない。例えば、送電装置と受電装置間の距離が変わることを想定して、受電装置で所要の電力が受電できるように送電装置で送電電力を調整している場合、送電装置と受電装置の距離が遠くなれば、異物が無くても送電装置の送電電力が増大するため、異物が在ると誤判定されてしまう。
特開2006-60909号公報 特開2009-189230号公報
 そこで、本発明は、1次側コイルを備えた送電装置と2次側コイルを備えた受電装置との距離が変化する場合でも異物の有無を精度よく検出できる非接触電力伝送システム、異物検出方法、送電装置及び受電装置を提供することを目的とする。
 上記目的を達成するため本発明の非接触電力伝送システムは、電力を送電するための1次側コイルを備えた送電装置と、
 前記1次側コイルと電磁的に結合し、前記1次側コイルから送電される電力を受電するための2次側コイルを備えた受電装置と、
 前記送電装置と前記受電装置との距離を測定する距離センサと、
を有し、
 前記受電装置は、
 前記送電装置から電力を受電すると、該受電した電力を示す受電電力情報を前記1次側コイル及び前記2次側コイルを介して前記送電装置へ送信し、
 前記送電装置は、
 前記距離センサで測定された前記送電装置と前記受電装置の距離に対応する前記受電装置の受電電力の理論値を求め、前記受電装置で受電した電力が該距離に対応する理論値と一致しない場合、前記受電装置に対する送電を停止する。
 本発明の異物検出方法は、電力を送電するための1次側コイルを備えた送電装置と、
 前記1次側コイルと電磁的に結合し、前記1次側コイルから送電される電力を受電するための2次側コイルを備えた受電装置と、
を有する非接触電力伝送システムにおける、前記送電装置と前記受電装置間の異物の有無を検出する異物検出方法であって、
 前記送電装置と前記受電装置との距離を測定する距離センサを備えておき、
 前記受電装置が、
 前記送電装置から電力を受電すると、該受電した電力を示す受電電力情報を前記1次側コイル及び前記2次側コイルを介して前記送電装置へ送信し、
 前記送電装置が、
 前記距離センサで測定された前記送電装置と前記受電装置の距離に対応する前記受電装置の受電電力の理論値を求め、
 前記受電装置で受電した電力が該距離に対応する理論値と一致しない場合、前記異物が在るとみなして前記受電装置に対する送電を停止する。
 本発明の送電装置は、電力を受電するための2次側コイルと電磁的に結合し、前記2次側コイルを備えた受電装置に電力を送電するための1次側コイルを備えた送電装置であって、
 前記送電装置と前記受電装置との距離を測定する距離センサと、
 前記送電装置と前記受電装置の距離に対応する、前記1次側コイルから前記2次側コイルに対する送電効率の理論値、または前記距離に対応する送電電力と受電電力の理論値を示す情報が格納された記憶装置と、
 前記1次側コイル及び前記2次側コイルを介して前記受電装置から送信される前記受電装置で受電した電力を示す受電電力情報を受信し、前記距離センサで測定された前記送電装置と前記受電装置の距離に対応する前記受電装置の受電電力の理論値を求め、前記受電装置で受電した電力が該距離に対応する理論値と一致しない場合、前記受電装置に対する送電を停止する第1の制御部と、
を有する。
 また、本発明の受電装置は、電力を送電するための1次側コイルと電磁的に結合し、前記1次側コイルを備えた送電装置から送電される電力を受電するための2次側コイルを備えた受電装置であって、
 前記送電装置と前記受電装置との距離を測定する距離センサと、
 前記距離センサで測定された前記送電装置と前記受電装置との距離を示す距離情報、並びに前記送電装置から電力を受電すると、該受電した電力を示す受電電力情報を、前記1次側コイル及び前記2次側コイルを介して前記送電装置へ送信する第2の制御部と、
を有する。
図1は、本発明の非接触電力伝送システムの一構成例を示すブロック図である。 図2は、図1に示した非接触電力伝送システムの実施形態の構成例を示すブロック図である。 図3は、図2に示した充電パッドの動作の一例を示すフローチャートである。 図4は、図3のステップS4で示す異物検出処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。 図5は、図1に示した非接触電力伝送システムの実施形態の他の構成例を示すブロック図である。
 次に本発明について図面を参照して説明する。
 図1は、本発明の非接触電力伝送システムの一構成例を示すブロック図である。
 図1に示すように、本発明の非接触電力伝送システムは、電力を送電するための1次側コイル5を備えた送電装置1と、1次側コイル5と電磁的に結合し、該1次側コイル5から送電された電力を受電するための2次側コイル6を備えた受電装置2と、送電装置1と受電装置2との距離を測定する距離センサ3とを有する。距離センサ3は、送電装置1に備えていてもよく、受電装置2に備えていてもよい。図1は、受電装置2に距離センサ3を備える構成例を示している。
 図1に示す送電装置1及び受電装置2は、1次側コイル5と2次側コイル6とを電磁的に結合させることで送電装置1から受電装置2へ非接触で電力を送電することが可能である。また、図1に示す送電装置1及び受電装置2は、1次側コイル5及び2次側コイル6を介して非接触で各種の情報の送受信が可能である。
 受電装置2から送電装置1には、2次側コイル6による受電電力を示す受電電力情報が送信される。受電装置2が距離センサ3を備えている場合、受電装置2から送電装置1には、距離センサ3で測定された送電装置1と受電装置2の距離情報も併せて送信される。
 送電装置1は、距離センサ3で測定された送電装置1と受電装置2の距離に対応する、受電装置2の受電電力の理論値を求め、受電装置2で受電した電力が該距離に対応する理論値と一致しない場合、送電装置1と受電装置2間に異物が存在するとみなして受電装置2に対する送電を停止する。
 図2は、図1に示した非接触電力伝送システムの実施形態の構成例を示すブロック図である。
 図2に示す非接触電力伝送システムは、図1に示した受電装置2として携帯型デバイス21を備え、送電装置1として、該携帯型デバイス21が載置される充電パッド11を備えた構成である。図2は、携帯型デバイスが備える二次電池に充電パッド11から送電された電力を充電する充電システムに対して非接触電力伝送を適用した構成例を示している。
 携帯型デバイス21としては、二次電池を備えた携帯電話機、PHS(Personal Handyphone System)、PDA(Personal Data Assistance,Personal Digital Assistants:個人向け携帯型情報通信機器)、携帯型のゲーム機、ノート型やタブレット型のコンピュータ、家庭用の各種電気機器(例えば固定電話機の子機、デジタルカメラ、電気シェーバー、電動歯ブラシ)等がある。
 図2に示すように、充電パッド11は、送電用1次コイル12、制御IC(Integrated Circuit)部(第1の制御部)13、電源部19、伝送回路16、アンプ18及び記憶装置17を備える。
 送電用1次コイル12は、電力の送電、並びに携帯型デバイス21との情報の送受信に用いられるコイルである。図1に示した1次側コイル5は、図2に示す送電用1次コイル12で実現される。
 電源部19は、商用電源から充電パッド11の動作に必要な電源電圧を生成し、充電パッド11に供給する。電源部19は、例えば周知のACアダプタで実現できる。
 記憶装置17は、制御IC部13で実行する制御用プログラム、並びに予め作成された送電装置1と受電装置2との距離に対応する非接触電力伝送による送電効率の理論値、または距離に対応する送電電力と受電電力の理論値が、例えばテーブル形式で保存されている。記憶装置17は、周知の磁気ディスク装置や半導体メモリ等で実現できる。距離に対応する送電効率や送電電力と受電電力の理論値は、例えばシミュレーションや実験等により予め求めておけばよい。
 アンプ18は、電源部19で生成された電源電圧から、携帯型デバイス21に対する送電用の交流電圧を生成し、該交流電圧を所要の電力まで増幅して送電用1次コイル12に供給する。アンプ18には、周知の電力増幅器を用いればよい。
 伝送回路16は、制御IC部13と送電用1次コイル12間で情報を送受信するために用いられる伝送線路、並びにアンプ18から送電用1次コイル12へ供給する交流信号を伝送するための伝送線路を含む。
 制御IC部13は、充電パッド11全体の動作を制御する。制御IC部13は、所定の制御用プログラムにしたがって処理を実行するCPU(Central Processing Unit)や該CPUの処理で必要な情報を一時的に保存するメモリ等を備えた情報処理用のIC(マイクロコンピュータ等)で実現できる。図1に示した送電装置1の機能は制御IC部13の処理で実現される。
 携帯型デバイス21は、受電用2次コイル22、伝送回路26、制御IC部(第2の制御部)23、充電制御部28、二次電池27、距離センサ31、CPU30及びメモリ29を備える。
 受電用2次コイル22は、充電パッド11から送電される電力の受電、並びに充電パッド11との情報の送受信に用いられるコイルである。図1に示した2次側コイル6は、図2に示す受電用2次コイル22で実現される。
 二次電池27は、携帯型デバイス21の動作に必要な電力を供給する。二次電池27には、リチウムイオン二次電池等、周知の二次電池を用いればよい。
 充電制御部28は、CPU30からの指示にしたがって二次電池27に対する充電動作を制御する。充電動作には、二次電池27に対する充電の開始/停止だけでなく、二次電池27の充電電流や蓄電量の測定等も含まれる。充電制御部28は、例えば周知の二次電池の監視(保護)用IC等で実現できる。
 CPU30は、所定の制御用プログラムにしたがって処理を実行することで、携帯型デバイス21全体の動作を制御する。
 制御IC部23は、CPU30からの指示にしたがって、非接触電力伝送による受電動作、並びに充電パッド11との情報の送受信動作を制御する。制御IC部23は、所定の制御用プログラムにしたがって処理を実行するCPUや該CPUの処理で必要な情報を一時的に保存するメモリ等を備えた情報処理用のIC(マイクロコンピュータ等)で実現できる。図1に示した受電装置2の機能は制御IC部23の処理で実現される。
 メモリ29は、CPU30や制御IC部23で実行する制御用プログラムや携帯型デバイス21で用いる各種のデータが保存される。メモリ29は周知の磁気ディスク装置や半導体メモリ等で実現できる。
 伝送回路26は、制御IC部23と受電用2次コイル22間で情報を送受信するために用いられる伝送線路、並びに制御IC部23と充電制御部28で情報を送受信するために用いられる伝送線路を含む。
 距離センサ31は、充電パッド11と携帯型デバイス21の距離を測定する。距離センサ31には、超音波、静電容量、光、電磁波等を利用して距離を測定する、周知のセンサを用いればよい。
 制御IC部13及び制御IC部23は、送信用1次コイル12及び受電用2次コイル22を介して、距離センサ31で測定された充電パッド11と携帯型デバイス21の距離情報、携帯型デバイス21の受電電力を示す受電電力情報、充電パッド11及び携帯型デバイス21を互いに認証するための認証情報、充電制御部28で測定された二次電池27の充電電流や蓄電量等の情報を送受信する。充電パッド11は、携帯型デバイス21に送電する電力に重畳して情報を送信してもよく、電力を送電しない期間で携帯型デバイス21に情報を送信してもよい。携帯型デバイス21は、例えば充電パッド11から受電していない期間で充電パッド11に情報を送信すればよい。受電電力は、例えば受電用2次コイル22に対して抵抗値が既知の抵抗器を直列に接続し、該抵抗器の両端電圧を測定することで求めればよい。
 本実施形態の充電パッド11は、携帯型デバイス21から距離情報及び受電電力情報を受信すると、制御IC部13により記憶装置17に保存されたテーブル等に基づき、充電パッド11と携帯型デバイス21の距離に対応する携帯型デバイス21の受電電力の理論値を求め、携帯型デバイス21の受電電力が該理論値と一致しているか否かを判定する。携帯型デバイス21の受電電力が理論値と一致していない場合、制御IC部13は、充電パッド11と携帯型デバイス21間に異物が存在するとみなして送電を停止する。なお、距離に対応する送電効率の理論値、または送電電力と受電電力の理論値には、距離センサ31の測定誤差を考慮して、許容できる誤差範囲を設定しておくことが望ましい。
 図3は図2に示した充電パッドの動作の一例を示すフローチャートであり、図4は図3のステップS4で示す異物検出処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
 図3に示すように、充電パッド11は、制御IC部13により所定の周期毎に携帯型デバイス21が自装置上に置かれているか否かを判定する(ステップS1)。携帯型デバイス21が置かれているか否かの判定方法としては、例えば以下の方法がある。制御IC部13は、判定に用いる所定の電力を送信用1次コイル12から送電し、携帯型デバイス21が置かれているときと置かれていないときの送信用1次コイル12のインダクタンスを予め測定して記録しておく。そして、所定の周期毎に送信用1次コイル12のインダクタンスの値を測定し、該インダクタンスの値の変化から携帯型デバイス21が置かれているか否かを判定すればよい。
 携帯型デバイス21が充電パッド11上に置かれていない場合、制御IC部13はステップS1の処理を繰り返す。携帯型デバイス21が充電パッド11上に置かれたことを検出すると、制御IC部13は、該携帯型デバイス21が自装置の充電対象である正規の携帯型デバイス21(以下、正規デバイスと称す)であるか否かを判定するための認証処理を実行する(ステップS2)。認証処理は、充電パッド11及び携帯型デバイス21に予め付与されたID番号等の認証情報を、送電用1次コイル12及び受電要2次コイル22を介して互いに送受信することで判定すればよい。
 制御IC部13は、認証処理結果に基づき、自装置に置かれた携帯型デバイス21が正規デバイスであるか否かを判定し(ステップS3)、正規デバイスでない場合は、置かれた携帯型デバイス21に対する送電を開始することなく、ステップS1からの処理を再び実行する。このとき、充電パッド11は、置かれた携帯型デバイス21が正規デバイスではなく、充電を実施しない旨を不図示の音声出力部や表示部等を利用して通知してもよい。
 置かれた携帯型デバイス21が正規デバイスである場合、制御IC部13はステップS4へ移行して異物検出処理を実行する。
 図4に示すように、異物検出処理において、制御IC部13は、予め設定された判定期間、予め設定された異物判定用の電力を送信用1次コイル12から送電する(ステップS11)。携帯型デバイス21は、充電パッド11から異物判定用の電力が送電されると、制御IC部23により、その受電電力を測定すると共に、距離センサ31で測定された距離情報を取得する。制御IC部23は、受電電力情報及び距離情報を送電用1次コイル12及び受電用2次コイル22を介して充電パッド11に送信する。充電パッド11は、制御IC部13により受電電力情報(携帯型デバイス21が距離センサ31を備えている場合は併せて距離情報も)を受信したか否かを判定し(ステップS12)、受電電力情報を受信していない場合はステップS12の処理を繰り返す。
 制御IC部13は、携帯型デバイス21から受電電力情報を受信すると、記憶装置17に格納されたテーブルを参照して充電パッド11と携帯型デバイス21の距離に対応する携帯型デバイス21の受電電力の理論値を求める(ステップS13)。続いて、制御IC部13は、受電電力情報が示す携帯型デバイス21の受電電力と、携帯型デバイス21との距離に対応する受電電力の理論値とが一致しているか否かを判定する(ステップS14)。
 携帯型デバイス21の受電電力が理論値と一致しない場合(許容される誤差の範囲内に無い場合)、制御IC部13は充電パッド11と携帯型デバイス21間に異物が在ると判定する(ステップS15)。携帯型デバイス21の受電電力が理論値と一致する場合(許容される誤差の範囲内にある場合)、制御IC部13は充電パッド11と携帯型デバイス21間に異物が無いと判定する(ステップS16)。
 充電パッド11と携帯型デバイス21間に異物が在ると判定した場合、制御IC部13は、携帯型デバイス21に対する送電を開始することなく処理を終了する。
 充電パッド11と携帯型デバイス21間に異物が無いと判定した場合、制御IC部13は、図3に示すステップS5の処理に移行し、充電パッド11による携帯型デバイス21に対する二次電池の充電に必要な電力の送電を開始する。携帯型デバイス21は、充電制御部28により充電パッド11から受電した電力で二次電池27に対する充電を開始する。また、携帯型デバイス21は、充電制御部28により、所定の周期毎に二次電池27の充電電流や蓄電量を測定し、その情報を制御IC部23に通知する。制御IC部23は、充電制御部28から受け取った二次電池27の充電電流や蓄電量を、送電用1次コイル12及び受電用2次コイル22を介して充電パッド11に送信する。
 充電パッド11は、制御IC部13により所定の周期毎に携帯型デバイス21から送信される充電電流や蓄電量を取得し、携帯型デバイス21の二次電池27の充電が完了したか否かを判定する(ステップS6)。二次電池27の充電が終了していない場合はステップS5の処理に戻って携帯型デバイス21に対する送電を継続する。二次電池27の充電が終了している場合、制御IC部13は携帯型デバイス21に対する送電を停止する(ステップS7)。
 本実施形態の非接触電力伝送システムによれば、1次側コイル5を備える充電パッド11と2次側コイル6を備える携帯型デバイス21との距離を測定し、該距離情報と携帯型デバイス21の受電電力情報とに基づき、携帯型デバイス21の受電電力が距離に対応する理論値と一致しているか否かにより異物の有無を判定する。そのため、充電パッド11と携帯型デバイス21との距離が変化する場合でも異物の有無を精度よく検出できる。
 なお、図2に示した充電パッド11と携帯型デバイス21の傾き(姿勢)が異なる場合、距離センサ31による充電パッド11と携帯型デバイス21の距離の測定値は実際の距離と異なる可能性がある。そのような場合にも対応可能な非接触電力伝送システムの構成例を図5に示す。
 図5は、図1に示した非接触電力伝送システムの実施形態の他の構成例を示すブロック図である。
 図5に示す非接触電力伝送システムは、充電パッド11に第1の加速度センサ32を備え、携帯型デバイス21に第2の加速度センサ33を備えた構成である。携帯型デバイス21は、制御IC部23により所定の周期毎に第2の加速度センサ33を用いて自装置の傾きを測定し、該傾き情報を受電用2次コイル22及び送電用1次コイル12を介して充電パッド11に送信する。
 図5に示す充電パッド11の制御IC部13は、加速度センサ32で測定した自装置の傾き情報と、携帯型デバイス21から送信された該携帯型デバイス21の傾き情報とから、充電パッド11と携帯型デバイス21の傾き(姿勢)の差を求める。そして、該傾きの差に基づいて距離センサ31で測定された充電パッド11と携帯型デバイス21の距離を補正する。
 このような構成では、距離センサ31の測定値を、充電パッド11と携帯型デバイス21の傾き(姿勢)の差に応じて補正するため、より正確な距離情報が得られる。その他の構成及び動作は図2、図3及び図4に示した非接触電力伝送システムと同様であるため、その説明は省略する。
 以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されものではない。本願発明の構成や詳細は本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更が可能である。
 この出願は、2012年5月8日に出願された特願2012-106702号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (8)

  1.  電力を送電するための1次側コイルを備えた送電装置と、
     前記1次側コイルと電磁的に結合し、前記1次側コイルから送電される電力を受電するための2次側コイルを備えた受電装置と、
     前記送電装置と前記受電装置との距離を測定する距離センサと、
    を有し、
     前記受電装置は、
     前記送電装置から電力を受電すると、該受電した電力を示す受電電力情報を前記1次側コイル及び前記2次側コイルを介して前記送電装置へ送信し、
     前記送電装置は、
     前記距離センサで測定された前記送電装置と前記受電装置の距離に対応する前記受電装置の受電電力の理論値を求め、前記受電装置で受電した電力が該距離に対応する理論値と一致しない場合、前記受電装置に対する送電を停止する非接触電力伝送システム。
  2.  前記送電装置に、該送電装置の傾きを検出する第1の加速度センサを備え、
     前記受電装置に、該受電装置の傾きを検出する第2の加速度センサを備え、
     前記受電装置は、
     前記第2の加速度センサで測定された該受電装置の傾きを示す傾き情報を前記1次側コイル及び前記2次側コイルを介して前記送電装置へ送信し、
     前記送電装置は、
     前記第1の加速度センサで測定された自装置の傾きと前記受電装置の傾きの差を求め、前記距離センサで測定された前記送電装置と前記受電装置の距離の測定値を補正する請求項1記載の非接触電力伝送システム。
  3.  電力を送電するための1次側コイルを備えた送電装置と、
     前記1次側コイルと電磁的に結合し、前記1次側コイルから送電される電力を受電するための2次側コイルを備えた受電装置と、
    を有する非接触電力伝送システムにおける、前記送電装置と前記受電装置間の異物の有無を検出する異物検出方法であって、
     前記送電装置と前記受電装置との距離を測定する距離センサを備えておき、
     前記受電装置が、
     前記送電装置から電力を受電すると、該受電した電力を示す受電電力情報を前記1次側コイル及び前記2次側コイルを介して前記送電装置へ送信し、
     前記送電装置が、
     前記距離センサで測定された前記送電装置と前記受電装置の距離に対応する前記受電装置の受電電力の理論値を求め、
     前記受電装置で受電した電力が該距離に対応する理論値と一致しない場合、前記異物が在るとみなして前記受電装置に対する送電を停止する異物検出方法。
  4.  前記送電装置に、該送電装置の傾きを検出する第1の加速度センサを備えておき、
     前記受電装置に、該受電装置の傾きを検出する第2の加速度センサを備えてき、
     前記受電装置が、
     前記第2の加速度センサで測定された該受電装置の傾きを示す傾き情報を前記1次側コイル及び前記2次側コイルを介して前記送電装置へ送信し、
     前記送電装置が、
     前記第1の加速度センサで測定された自装置の傾きと前記受電装置の傾きの差を求め、前記距離センサで測定された前記送電装置と前記受電装置の距離の測定値を補正する請求項3記載の異物検出方法。
  5.  電力を受電するための2次側コイルと電磁的に結合し、前記2次側コイルを備えた受電装置に電力を送電するための1次側コイルを備えた送電装置であって、
     前記送電装置と前記受電装置との距離を測定する距離センサと、
     前記送電装置と前記受電装置の距離に対応する、前記1次側コイルから前記2次側コイルに対する送電効率の理論値、または前記距離に対応する送電電力と受電電力の理論値を示す情報が格納された記憶装置と、
     前記1次側コイル及び前記2次側コイルを介して前記受電装置から送信される前記受電装置で受電した電力を示す受電電力情報を受信し、前記距離センサで測定された前記送電装置と前記受電装置の距離に対応する前記受電装置の受電電力の理論値を求め、前記受電装置で受電した電力が該距離に対応する理論値と一致しない場合、前記受電装置に対する送電を停止する第1の制御部と、
    を有する送電装置。
  6.  前記送電装置の傾きを検出する第1の加速度センサを備え、
     前記第1の制御部は、
     前記1次側コイル及び前記2次側コイルを介して前記受電装置の傾きを示す傾き情報を受信すると、前記第1の加速度センサで測定された自装置の傾きと前記受電装置の傾きの差を求め、前記距離センサで測定された前記送電装置と前記受電装置の距離の測定値を補正する請求項5記載の送電装置。
  7.  電力を送電するための1次側コイルと電磁的に結合し、前記1次側コイルを備えた送電装置から送電される電力を受電するための2次側コイルを備えた受電装置であって、
     前記送電装置と前記受電装置との距離を測定する距離センサと、
     前記距離センサで測定された前記送電装置と前記受電装置との距離を示す距離情報、並びに前記送電装置から電力を受電すると、該受電した電力を示す受電電力情報を、前記1次側コイル及び前記2次側コイルを介して前記送電装置へ送信する第2の制御部と、
    を有する受電装置。
  8.  前記受電装置の傾きを検出する第2の加速度センサを備え、
     前記第2の制御部は、
     前記第2の加速度センサで測定された自装置の傾きを示す傾き情報を、前記1次側コイル及び前記2次側コイルを介して前記送電装置へ送信する請求項7記載の受電装置。
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