特許 5770556 ワイヤレス電力伝送装置および相対位置検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5770556

(24)【登録日】2015年7月3日

(45)【発行日】2015年8月26日

(54)【発明の名称】ワイヤレス電力伝送装置および相対位置検出方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 17/00 20060101AFI20150806BHJP

【ＦＩ】

   H02J17/00 B

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2011-166447(P2011-166447)

(22)【出願日】2011年7月29日

(65)【公開番号】特開2013-31315(P2013-31315A)

(43)【公開日】2013年2月7日

【審査請求日】2014年7月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003089

【氏名又は名称】東光株式会社

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 嘉千安

【審査官】 松尾 俊介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−２０９３４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２６３６６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０００４２７８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−２３０１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０１５７９０９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

平滑コンデンサが接続された二次コイルに対して電磁誘導により電力を供給する一次コイルと、パルス信号が供給されたときに該二次コイルを励振する励振コイルと、該励振コイルによって励振された該二次コイルから発生する交流磁界を検出する検出コイルと、該検出コイルに励起される検出信号に基づいて該一次コイルと該二次コイル間の相対位置を検出する制御回路を備え、
あらかじめ該一次コイルを短期間駆動させて該平滑コンデンサを充電した後、該励振コイルに該パルス信号を供給して該交流磁界を発生させることを特徴とするワイヤレス電力伝送装置。

【請求項2】

前記パルス信号を供給するときには、前記一次コイルを駆動する駆動回路内のスイッチ素子を開放することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電力伝送装置。

【請求項3】

平滑コンデンサが接続された二次コイルに対して電磁誘導により電力を供給する一次コイルと、該一次コイルによって励振された該二次コイルから発生する交流磁界を検出する検出コイルと、該検出コイルに励起される検出信号に基づいて該一次コイルと該二次コイル間の相対位置を検出する制御回路を備え、
第１の駆動周波数であらかじめ該一次コイルを短期間駆動させて該平滑コンデンサを充電した後、第２の駆動周波数で該一次コイルを駆動して該交流磁界を発生させることを特徴とするワイヤレス電力伝送装置。

【請求項4】

前記交流磁界は前記一次コイルを短期間駆動させた後、所定の期間が経過した後に発生させることを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送装置。

【請求項5】

前記一次コイルは間欠的に短期間駆動することを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送装置。

【請求項6】

前記検出コイルは略同一平面上に配置された複数の検出コイルから構成され、各検出コイルの中心軸と前記一次コイルの中心軸間の距離は略同一であり、
前記制御回路は該複数の検出コイルに励起される各検出信号に基づいて該一次コイルと該二次コイル間の相対距離と位置ずれ方向のいずれか一方もしくは両方を検出する請求項１〜５いずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はワイヤレス電力伝送装置および相対位置検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、携帯電話やデジタルカメラ、ノートパソコンなどの電子機器に対して非接触で電力を伝送する方式が着目されている。送電器に内蔵される一次コイルから発生する交流磁界により、電子機器などの受電器に内蔵される二次コイルに電力を伝送する。

【0003】

一次コイルと二次コイルの相対位置がずれると、コイル間の結合係数が小さくなるため、所望の電力を伝送することができなくなったり、電力伝送効率が低下したりしてしまう。この問題を回避するためには、一次−二次コイル間の相対距離がある範囲内になければならない。そのため、一次−二次コイル間の相対距離が所定の範囲内にあることを検出する手段が必要になるとともに、位置検出の精度を高める必要がある。

【0004】

特許文献１には、電子機器などの受電器に内蔵される二次コイルの位置を検出する手段が記載されている。送電器に設けられた位置検出コイルに対してパルス信号が供給され、このパルス信号に励起されて二次コイルから位置検出コイルに伝送されるエコー信号を受信する。そして、エコー信号を受信する受信回路によって、二次コイルの位置を判別している。二次コイルの位置を判別後、一次コイルを二次コイルに接近させ、一次コイルから二次コイルに電力伝送を行う。二次コイルの出力はダイオードにより整流された後、平滑コンデンサにより平滑化され、出力電圧Ｖｄが得られる。

【0005】

ここで、図１に従来の位置検出動作におけるタイミングチャートの一例を示す。時刻ｔａにおいて、位置検出コイルにパルス信号Ｖｐｌが供給される。時刻ｔｂにおいてパルス信号Ｖｐｌが立ち下がると、受信回路に供給される検出信号Ｖｄｔは徐々に減衰していく。なお、このとき一次コイルには電圧Ｖｐを印加していないので、二次コイルの整流出力である出力電圧Ｖｄは０Ｖのままである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００９−２４７１９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

このような位置検出方法では、受電器の整流回路後段にインピーダンスの小さな素子または回路などが内蔵されている場合、位置検出のためのエコー信号の強度も小さくなり、受信回路に供給される検出信号も小さくなってしまう。通常、二次コイルに励起される交流電力から直流電力を得るためには、二次コイルの出力を全波整流回路などにより整流する必要がある。この整流回路の後段には一般的に平滑回路が設けられるが、この平滑回路のインピーダンスは交流的に低いため、エコー信号の強度が小さくなってしまう。そのため、二次コイルの正確な位置を検出するためには、位置検出コイルをマトリクス状に配置してエコー信号を比較するなどの工夫や、小さなエコー信号を取り出すために感度の高い検出回路が必要であり、構成が複雑になってしまう。

【0008】

本発明はこのような問題を考慮してなされたものであり、検出コイルの構成や検出回路を複雑にすることなく、一次−二次コイル間の相対位置を精度良く検出することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明はこのような目的を達成するため、二次コイルに対して電磁誘導により電力を供給する一次コイルと、パルス信号が供給されたときに該二次コイルを励振する励振コイルと、該励振コイルによって励振された該二次コイルから発生する交流磁界を検出する検出コイルと、該検出コイルに励起される検出信号に基づいて該一次コイルと該二次コイル間の相対位置を検出する制御回路を備え、該一次コイルを短期間駆動させた後、該励振コイルに該パルス信号を供給して該交流磁界を発生させることを特徴とする。

【0010】

また、本発明はこのような目的を達成するため、二次コイルに対して電磁誘導により電力を供給する一次コイルと、該一次コイルによって励振された該二次コイルから発生する交流磁界を検出する検出コイルと、該検出コイルに励起される検出信号に基づいて該一次コイルと該二次コイル間の相対位置を検出する制御回路を備え、第１の駆動周波数で該一次コイルを短期間駆動させた後、第２の駆動周波数で該一次コイルを駆動して該交流磁界を発生させることを特徴とする。

【0011】

さらに、本発明はこのような目的を達成するため、送電器と受電器間の相対位置を検出するための方法であって、該受電器に設けられた二次コイルの出力を平滑する平滑コンデンサを充電し、その後該送電器は該受電器に設けられた該二次コイルを励振し、励振された該二次コイルから発生する交流磁界を検出し、検出した該交流磁界に基づいて該送電器と該受電器間の相対位置を検出することを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によると、一次−二次コイル間の相対位置を精度よく検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】従来の位置検出動作におけるタイミングチャートを示す図

【図2】本発明の第１の実施例におけるワイヤレス電力伝送装置のブロック図

【図3】本発明の第１の実施例における各コイルの位置関係を示す概略図

【図4】本発明の第１の実施例における位置検出動作の一例を示すタイミングチャート

【図5】本発明の第１の実施例における位置検出動作の他の例を示すタイミングチャート

【図6】本発明の第２の実施例におけるワイヤレス電力伝送装置のブロック図

【図7】本発明の第２の実施例における各コイルの位置関係を示す概略図

【図8】本発明の第２の実施例における位置検出動作の一例を示すタイミングチャート

【図9】本発明の第３の実施例におけるワイヤレス電力伝送装置のブロック図

【図10】本発明の第３の実施例における各コイルの位置関係を示す概略図

【図11】本発明の第３の実施例における位置検出動作の一例を示すタイミングチャート

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を用いて実施例を説明する。

【実施例1】

【0015】

図２に本発明の第１の実施例におけるワイヤレス電力伝送装置のブロックを示す。送電器１０は、パルス生成回路１１、励振コイル１２、検出回路１３、検出コイル１４、制御回路１５、平滑コンデンサ１６、駆動回路１７、一次コンデンサ１８、一次コイル１９を備える。また、受電器２０は、二次コイル２１、二次コンデンサ２２、検出用コンデンサ２３、整流回路２４、平滑コンデンサ２５、インピーダンス素子２６、制御回路２７、スイッチ２８、負荷２９を備える。

【0016】

まず、送電器１０の構成について説明する。駆動回路１７には、直流電源ＤＣから入力電圧Ｖｉｎが供給される。駆動回路１７の動作は、一例としてマイコンなどで構成される制御回路１５により制御される。駆動回路１７の入力端には、平滑コンデンサ１６が接続されており、駆動回路１７の出力端には、一次コイル１９と一次コンデンサ１８が直列接続されている。駆動回路１７は、一次コイル１９と一次コンデンサ１８に交流電力を供給する。一例として、駆動回路１７はフルブリッジ回路やハーフブリッジ回路などにより構成される。励振コイル１２には、パルス生成回路１１よりパルス信号Ｖｐｌが供給される。パルス生成回路１１の動作は、制御回路１５により制御される。また、検出コイル１４に励起される検出信号Ｖｄｔは、検出回路１３に供給される。一例として、検出回路１３は、検出信号Ｖｄｔを増幅回路等で波形成形し、得られた出力信号を制御回路１５に供給する。制御回路１５は、検出回路１３から供給される出力信号に基づいて、一次−二次コイル間の相対距離を求める。制御回路１５は、求めた相対距離に基づいて、相対距離の情報をユーザーに報知することができる。例えば、制御回路１５は、送電器１０に設けた光や音および振動などを発生させる素子を制御することで、ユーザーに一次−二次コイル間の相対距離を報知することができる。

【0017】

次に、受電器２０の構成について説明する。二次コイル２１は、電磁誘導作用により一次コイル１９から電力を受電する。二次コイル２１の両端には、二次コンデンサ２２を介して検出用コンデンサ２３が接続されている。検出用コンデンサ２３に印加される電圧は、整流回路２４により整流される。整流回路２４の出力端には、平滑コンデンサ２５、インピーダンス素子２６および制御回路２７が並列に接続されている。平滑コンデンサ２５は、出力電圧Ｖｄのリプルを除去するものである。インピーダンス素子２６は、受電器２０に設けられる電圧レギュレータなどの素子を示すものである。また、整流回路２４の出力端には、スイッチ２８を介して二次電池などの負荷２９が接続されている。受電器２０に設けられたインピーダンス素子２６やスイッチ２８の動作は、一例としてマイコンなどで構成される制御回路２７により制御される。負荷２９は、スイッチ２８により受電器２０の回路から切り離すことができる。二次コイル２１が得た電力を負荷２９に供給する場合は、スイッチ２８が閉じられ、負荷２９に出力電圧Ｖｄが印加される。

【0018】

以下、二次コイル２１と二次コンデンサ２２で構成される二次ＬＣ共振回路の共振周波数を二次共振周波数ｆｓとする。また、二次コイル２１と二次コンデンサ２２と検出用コンデンサ２３で構成される共振回路の共振周波数を検出用共振周波数ｆｄとする。

【0019】

図３は、本発明の第１の実施例における一次コイル１９、励振コイル１２、検出コイル１４、二次コイル２１の位置関係を示す概略図である。一次コイル１９、励振コイル１２、検出コイル１４、二次コイル２１はそれぞれ平面で薄型の構造となっている。一次コイル１９と二次コイル２１は、対向するように配置されている。一次コイル１９、励振コイル１２、検出コイル１４は、それぞれ略同一平面上に配置されており、また、各コイルの中心軸が略一致するように配置されている。

【0020】

次に、一次コイル１９と二次コイル２１の相対距離の検出動作について、具体的に説明する。図４は、本発明の第１の実施例における位置検出動作の一例を示すタイミングチャートである。なお、位置検出を行うときには、受電器２０に設けられているスイッチ２８を開放する。
時刻ｔ０において、一次コイル１９に電圧Ｖｐの供給を開始する。すると、一次コイル１９から二次コイル２１へと電力が伝送され、整流回路２４の出力端に接続された平滑コンデンサ２５の充電が開始される。すると、徐々に出力電圧Ｖｄが増加する。
時刻ｔ１になると、一次コイル１９への電圧供給を停止する。すると、平滑コンデンサ２５に蓄積された電荷が、インピーダンス素子２６などにより緩やかに放電していく。よって、徐々に出力電圧Ｖｄが減少していく。
時刻ｔ２になると、励振コイル１２に４００ｎｓ幅の単発のパルス信号Ｖｐｌを供給する。すると、二次コイル２１と二次コンデンサ２２と検出用コンデンサ２３からなる共振回路が励振される。そして、この共振回路に検出用共振周波数ｆｄで振動する電流が流れ、二次コイル２１の周りには交流磁界が発生する。この交流磁界は、電磁誘導により検出コイル１４でピックアップされ、受電器２０から戻ってきたエコー信号として検出コイル１４に検出信号Ｖｄｔを発生させる。
時刻ｔ３になると、パルス信号Ｖｐｌが立ち下がる。すると、検出信号Ｖｄｔは自由振動しながら徐々に減衰していく。このとき発生する検出信号Ｖｄｔは、一次コイル１９と二次コイル２１間の距離が近いほど大きく、一次コイル１９と二次コイル２１間の距離が遠いほど小さくなる。検出回路１３は、このときの検出信号Ｖｄｔの強度に比例して波形整形された出力信号を生成する。制御回路１５は、検出回路１３から供給される出力信号に基づいて一次コイル１９と二次コイル２１の相対距離を求める。また、制御回路１５は求めた相対距離の結果を光や音および振動などでユーザーに報知する。

【0021】

励振コイル１２にパルス信号Ｖｐｌを供給すると、二次コイル２１に自由振動する電流が励起される。この励振エネルギーが整流回路２４を通して平滑コンデンサ２５に吸収されると、共振回路に流れる電流の減衰が早くなってしまう。すると、検出コイル１４でピックアップするエコー信号も小さくなってしまい、一次−二次コイル間の相対距離の検出の精度が悪くなる。上述したように、あらかじめ平滑コンデンサ２５を充電してから励振コイル１２にパルス信号Ｖｐｌを供給することで、励振エネルギーが平滑コンデンサ２５に吸収されて減衰するのを抑制することができる。そのため、励振コイル１２にパルス信号Ｖｐｌを供給したときに、二次コイル２１で発生する交流磁界が強まる。よって、検出コイル１４においてピックアップされる検出信号Ｖｄｔの強度を高めることができる。これにより、一次コイル１９と二次コイル２１の相対距離を精度良く検出することができる。このように、本実施例では、一次−二次コイル間の相対距離を精度良く求めることができる。

【0022】

なお、一次コイル１９と二次コイル２１の相対距離の検出動作時には、駆動回路１７内のスイッチ素子を開放するように制御することが好ましい。つまり、パルス信号Ｖｐｌを供給するときには、一次コンデンサ１８と一次コイル１９が閉ループを構成しないようにする。これは、パルス信号Ｖｐｌに応じて一次コイル１９に誘導電流が流れるのを防止するためである。一次コイル１９に誘導電流が流れると、一次コイル１９の周りに交流磁界が発生してしまう。すると、二次コイル２１から発生する交流磁界とともに、一次コイル１９から発生する交流磁界を検出コイル１４でピックアップしてしまい、検出信号Ｖｄｔにこれがノイズとして重畳されてしまう。このように相対距離の検出動作時には、一次コイル１９から交流磁界が発生するのを防止するため、駆動回路１７内のスイッチ素子は、制御回路１５により開放するように制御される。

【0023】

一例として、ここでは一次コイル１９が駆動される時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間を３ｍｓとした。この期間を長くするほど、出力電圧Ｖｄ、すなわち平滑コンデンサ２５に蓄積される電荷の量が増加する。そして、一次コイル１９の駆動を停止してから、パルス信号Ｖｐｌの供給が開始される期間、すなわち時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間を１ｍｓとし、パルス信号Ｖｐｌのパルス幅である時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間を４００ｎｓとした。一次コイル１９の駆動を停止すると、徐々に平滑コンデンサ２５に蓄積された電荷が放電されていくが、出力電圧Ｖｄが高いうちにパルス信号Ｖｐｌの供給を開始すればよい。また、時刻ｔ１において駆動回路１７内のスイッチ素子をすべてオフにし、一次コイル１９の駆動を停止したとき、短い期間ではあるが一次コイル１９に回生電流が流れる。一次コイル１９の駆動を停止したのと同時にパルス信号Ｖｐｌの供給を開始すると、この回生電流によって、検出コイル１４でピックアップする検出信号Ｖｄｔにノイズが重畳してしまう恐れがある。そのため、一次コイル１９の駆動を停止し、一次コイル１９に流れる回生電流が収束した後、パルス信号Ｖｐｌの供給が開始させるようにする。
また、パルス信号Ｖｐｌ供給時の出力電圧Ｖｄが大きいほど、エコー信号として検出コイル１４でピックアップする検出信号Ｖｄｔを大きくすることができる。そのため、平滑コンデンサ２５に蓄積される電荷が飽和するまで充電することが好ましい。
また、パルス信号Ｖｐｌのパルス幅は、検出用共振周波数ｆｄに応じて決定する。パルス幅が短いとエコー信号強度が小さくなり、ある値以上長くするとエコー信号強度が飽和する。パルス信号Ｖｐｌのパルス幅は、検出用共振周波数ｆｄの半波長程度にすると良い。例えば、検出用共振周波数ｆｄが１ＭＨｚであれば４００ｎｓ程度の単発パルスとするのが好ましい。

【0024】

図５は、本発明の第１の実施例における位置検出動作の他の例を示すタイミングチャートである。時刻ｔ０〜ｔ３までの動作は上述した位置検出動作の一例と同じである。時刻ｔ３を経過後、検出信号Ｖｄｔは徐々に減衰していき、検出信号Ｖｄｔが収束する。ここでは時刻ｔ４において、一次−二次コイル間の相対距離が近づくように、受電器２０を動かしたとする。
時刻ｔ４になると、時刻ｔ０のときと同様に、一次コイル１９に電圧Ｖｐの供給を開始する。そして、平滑コンデンサ２５の充電が開始され、徐々に出力電圧Ｖｄが増加する。
時刻ｔ５になると、時刻ｔ１のときと同様に、一次コイル１９への電圧供給を停止する。
時刻ｔ６になると、時刻ｔ２のときと同様に、励振コイル１２に４００ｎｓ幅の単発のパルス信号Ｖｐｌを供給する。すると、二次コイル２１と二次コンデンサ２２と検出用コンデンサ２３からなる共振回路が励振される。そして、この共振回路に検出用共振周波数ｆｄで振動する電流が流れ、二次コイル２１の周りには交流磁界が発生する。この交流磁界は、電磁誘導により検出コイル１４でピックアップされ、受電器２０から戻ってきたエコー信号として検出コイル１４に検出信号Ｖｄｔを発生させる。
時刻ｔ７になると、時刻ｔ３のときと同様に、パルス信号Ｖｐｌが立ち下がる。すると、検出信号Ｖｄｔは自由振動しながら徐々に減衰していく。検出回路１３は、このときの検出信号Ｖｄｔの強度に比例して波形整形された出力信号を生成する。制御回路１５は、検出回路１３から供給される出力信号に基づいて一次コイル１９と二次コイル２１の相対距離を求める。時刻ｔ３の後に発生する検出信号Ｖｄｔの強度より、時刻ｔ７の後に発生する検出信号Ｖｄｔの強度の方が大きくなっている。これは、時刻ｔ４において、一次−二次コイル間の相対距離が近づくように、受電器２０を動かしたためである。

【0025】

このように、平滑コンデンサ２５の充電を間欠的に行うとともに、各充電動作後に励振コイル１２にパルス信号Ｖｐｌを供給して、一次−二次コイル間の相対距離を検出してもよい。これにより、パルス信号Ｖｐｌが励振コイルで送られるごとに一次−二次コイル間の相対距離を検出することができ、送電器１０に対する受電器２０の動きを認識することができる。上述のように、検出信号Ｖｄｔの強度が大きくなった場合、一次−二次コイル間の相対距離が近づいたと認識できる。逆に、検出信号Ｖｄｔの強度が小さくなった場合、一次−二次コイル間の相対距離が遠ざかったと認識できる。検出信号Ｖｄｔの強度が変化していない場合、一次−二次コイル間の相対距離は変化ないことが認識できる。検出信号Ｖｄｔが検出されない場合、受電器２０が存在しないもしくは、二次コイル２１が一次コイル１９から十分離れた位置にあると認識できる。また、一次コイル１９へ電圧を供給する間隔、すなわち時刻ｔ０からｔ４までの間隔を延ばすことで、消費電力を低減することができる。
あらかじめ平滑コンデンサ２５を充電してから励振コイル１２にパルスを供給することで、検出コイル１４においてピックアップされる検出信号Ｖｄｔの強度を高めている。そのため、このように連続的に一次−二次コイル間の相対距離を検出した場合、送電器１０に対する受電器２０の相対距離の微小な変化を認識することが可能となる。

【0026】

本実施例では、一次コイル１９を駆動してから所定時間経過後にパルス信号Ｖｐｌを供給し、検出信号Ｖｄｔをピックアップしている。そして、検出信号Ｖｄｔに基づいて一次−二次コイル間の相対距離を検出するという動作を繰り返しているが、本発明はこのような動作に限定されるものではない。一次コイル１９を駆動して平滑コンデンサ２５を充電するという動作を一回行った後、パルス信号Ｖｐｌを供給したときに生じるエコー信号を検出コイル１４で検出し一次コイル１９と二次コイル２１の相対距離を求めるという動作を複数回繰り返してもよい。平滑コンデンサ２５の蓄えられた電荷の放電時間が、相対距離の検出動作に比べて十分長い場合には、このように動作させても構わない。
また、負荷２９として二次電池が用いられ、あらかじめ二次電池にエネルギーが蓄えられている場合には、一次コイル１９を駆動する代わりにスイッチ２８を閉じ、二次電池によって平滑コンデンサ２５を充電してもよい。その後、スイッチ２８を開放してからパルス信号Ｖｐｌを供給し、エコー信号として検出信号Ｖｄｔを検出コイル１４でピックアップすればよい。一次コイル１９を駆動する回数を低減することで、消費電力を低減することができる。

【実施例2】

【0027】

図６に本発明の第２の実施例におけるワイヤレス電力伝送装置のブロックを示す。なお、第１の実施例と同じ機能を有する部位には同じ符号を付し、説明は省略する。送電器３０は、励振コイルおよびパルス生成回路を用いずに一次−二次コイル間の相対距離を検出するようにしたものである。制御回路１５は、一次コイル１９の駆動周波数を切り替えることができるように設定されている。

【0028】

図７は、本発明の第２の実施例における一次コイル１９、検出コイル１４、二次コイル２１の位置関係を示す概略図である。一次コイル１９、検出コイル１４、二次コイル２１はそれぞれ平面で薄型の構造となっている。一次コイル１９と二次コイル２１は、対向するように配置されている。一次コイル１９、検出コイル１４は、それぞれ略同一平面上に配置されており、また、各コイルの中心軸が略一致するように配置されている。

【0029】

次に、一次コイル１９と二次コイル２１の相対距離の検出動作について、具体的に説明する。図８は、本発明の第２の実施例における位置検出動作の一例を示すタイミングチャートである。なお、位置検出を行うときには、受電器２０に設けられているスイッチ２８を開放する。
時刻ｔ０において、一次コイル１９に電圧Ｖｐの供給を開始する。すると、一次コイル１９から二次コイル２１へと電力が伝送され、整流回路２４の出力端に接続された平滑コンデンサ２５の充電が開始される。すると、徐々に出力電圧Ｖｄが増加する。このとき、一次コイル１９は二次共振周波数ｆｓに比較的近い周波数で駆動される。
時刻ｔ１になると、一次コイル１９への電圧供給を停止する。すると、平滑コンデンサ２５に蓄積された電荷が、インピーダンス素子２６などにより緩やかに放電していく。よって、徐々に出力電圧Ｖｄが減少していく。
時刻ｔ２になると、再度一次コイル１９への電圧供給を開始する。このとき、一次コイル１９は検出用共振周波数ｆｄに近い周波数で駆動される。すると、二次コイル２１と二次コンデンサ２２と検出用コンデンサ２３からなる共振回路が励振される。そして、この共振回路に検出用共振周波数ｆｄで振動する電流が流れ、二次コイル２１の周りには交流磁界が発生する。この交流磁界は、電磁誘導により検出コイル１４でピックアップされ、受電器２０から戻ってきたエコー信号として検出コイル１４に検出信号Ｖｄｔを発生させる。
時刻ｔ３になると、一次コイル１９への電圧供給を停止する。すると、検出信号Ｖｄｔは自由振動しながら徐々に減衰していく。検出回路１３は、このときの検出信号Ｖｄｔの強度に比例して波形整形された出力信号を生成する。制御回路１５は検出回路１３の出力信号に基づいて、一次コイル１９と二次コイル２１の相対距離を求める。一次コイル１９と二次コイル２１間の距離が近いほど検出信号Ｖｄｔが大きく、一次コイル１９と二次コイル２１間の距離が遠いほど検出信号Ｖｄｔが小さくなる。
時刻ｔ４になると、時刻ｔ０のときと同様に、一次コイル１９に電圧Ｖｐの供給を開始する。そして、平滑コンデンサ２５の充電が開始され、徐々に出力電圧Ｖｄが増加する。このとき、一次コイル１９は二次共振周波数ｆｓに比較的近い周波数で駆動される。
時刻ｔ５になると、時刻ｔ１のときと同様に、一次コイル１９への電圧供給を停止する。
時刻ｔ６になると、時刻ｔ２のときと同様に、一次コイル１９への電圧供給を開始する。このとき、一次コイル１９は検出用共振周波数ｆｄに近い周波数で駆動される。すると、二次コイル２１と二次コンデンサ２２と検出用コンデンサ２３からなる共振回路が励振される。そして、この共振回路に検出用共振周波数ｆｄで振動する電流が流れ、二次コイル２１の周りには交流磁界が発生する。この交流磁界は、電磁誘導により検出コイル１４でピックアップされ、受電器２０から戻ってきたエコー信号として検出コイル１４に検出信号Ｖｄｔを発生させる。
時刻ｔ７になると、時刻ｔ３のときと同様に、一次コイル１９への電圧供給を停止する。すると、検出信号Ｖｄｔは自由振動しながら徐々に減衰していく。時刻ｔ３、ｔ７の後に発生する検出信号Ｖｄｔの強度より、一次−二次コイル間の相対距離を求める。

【0030】

ここで、検出回路１３の動作について説明する。検出回路１３は、検出信号Ｖｄｔの強度に比例して波形整形された出力信号を制御回路１５に供給する。一例として、検出回路１３は、検出信号Ｖｄｔをオペアンプにより増幅し増幅信号を得る。そして、得られた増幅信号を平滑した後、コンパレータにより基準電圧と比較することで、検出信号Ｖｄｔの強度に応じたパルス幅を持つ出力信号を生成する。制御回路１５は、出力信号のパルス幅から一次−二次コイル間の相対距離を求めることができる。また、検出回路１３は単に検出信号Ｖｄｔを増幅し、制御回路１５により増幅信号の波形の最大値から一次−二次コイル間の相対距離を求めてもよい。制御回路１５において、検出信号Ｖｄｔの強度を評価できるのであれば、検出回路１３はどのように検出信号Ｖｄｔを波形整形しても構わない。

【0031】

このように、エコー信号は一次コイル１９を駆動することにより発生させるようにしてもよい。そのために、平滑コンデンサ２５を予備充電するときは、一次コイル１９を二次共振周波数ｆｓに比較的近い周波数で駆動する。また、二次コイル２１と二次コンデンサ２２と検出用コンデンサ２３からなる共振回路を励振するときは、一次コイル１９を検出用共振周波数ｆｄに近い周波数で駆動する。なお、エコー信号を発生させるときには、一次コイル１９を連続して交流駆動させてもよいし、単発のパルスが発生するように駆動させてもよい。このように動作させることにより、励振コイルおよびパルス生成回路を省き、簡素な構成にすることができ、コストを低減することができる。

【実施例3】

【0032】

図９に本発明の第３の実施例におけるワイヤレス電力伝送装置のブロックを示す。なお、第１の実施例と同じ機能を有する部位には同じ符号を付し、説明は省略する。送電器４０は、検出コイルを４つ設け、一次−二次コイル間の相対距離と位置ずれ方向のいずれか一方もしくは両方を検出するようにしたものである。検出コイル４１、４２、４３、４４に励起される検出信号Ｖｄｔ１、Ｖｄｔ２、Ｖｄｔ３、Ｖｄｔ４は、それぞれ検出回路４５に供給される。検出回路４５は、検出信号Ｖｄｔ１、Ｖｄｔ２、Ｖｄｔ３、Ｖｄｔ４の強度に比例して波形整形された出力信号を生成する。制御回路１５は、検出回路４５の出力結果を比較・演算して一次−二次コイル間の相対距離および位置ずれ方向を求める。求めた相対距離および位置ずれ方向の結果は、光や音および振動などでユーザーに受電器の位置を報知することで、受電器を適正位置へ誘導させることが出来る。

【0033】

図１０は、本発明の第３の実施例における一次コイル１９、励振コイル１２、検出コイル４１、４２、４３、４４、二次コイル２１の位置関係を示す概略図である。一次コイル１９、励振コイル１２、検出コイル４１、４２、４３、４４、二次コイル２１はそれぞれ平面で薄型の構造となっている。一次コイル１９と二次コイル２１は、対向するように配置されている。一次コイル１９、励振コイル１２、検出コイル４１、４２、４３、４４はそれぞれ略同一平面上に配置されている。また、一次コイル１９、励振コイル１２の中心軸は略一致するように配置されている。各検出コイル４１、４２、４３、４４の中心軸と、一次コイル１９および励振コイル１２の中心軸間の距離は略同一である。また、隣り合う検出コイル、すなわち検出コイル４１と検出コイル４２および検出コイル４４、検出コイル４３と検出コイル４２および検出コイルの４４の中心軸間の距離も略同一である。言い換えると、対向する検出コイル４１、４３の中心軸間を結んだ線と、対向する検出コイル４２、４４の中心軸間を結んだ線とが直交するように各検出コイルが配置される。なお、各検出コイル４１、４２、４３、４４は、巻回面と垂直方向に互いに一部が重なるように配置しても構わない。

【0034】

次に、一次コイル１９と二次コイル２１の相対距離および位置ずれ方向の検出動作について、具体的に説明する。図１１は、本発明の第３の実施例における位置検出動作の一例を示すタイミングチャートである。なお、位置検出を行うときには、受電器２０に設けられているスイッチ２８を開放する。
時刻ｔ０において、一次コイル１９に電圧Ｖｐの供給を開始する。すると、一次コイル１９から二次コイル２１へと電力が伝送され、整流回路２４の出力端に接続された平滑コンデンサ２５の充電が開始される。すると、徐々に出力電圧Ｖｄが増加する。
時刻ｔ１になると、一次コイル１９への電圧供給を停止する。すると、平滑コンデンサ２５に蓄積された電荷が、インピーダンス素子２６などにより緩やかに放電していく。よって、徐々に出力電圧Ｖｄが減少していく。
時刻ｔ２になると、励振コイル１２に４００ｎｓ幅の単発のパルス信号Ｖｐｌを供給する。すると、二次コイル２１と二次コンデンサ２２と検出用コンデンサ２３からなる共振回路が励振される。そして、この共振回路に検出用共振周波数ｆｄで振動する電流が流れ、二次コイル２１の周りには交流磁界が発生する。この交流磁界は、電磁誘導により各検出コイル４１、４２、４３、４４でピックアップされ、各検出コイル４１、４２、４３、４４に検出信号Ｖｄｔ１、Ｖｄｔ２、Ｖｄｔ３、Ｖｄｔ４がそれぞれ発生する。
時刻ｔ３になると、パルス信号Ｖｐｌが立ち下がる。すると、各検出信号Ｖｄｔ１、Ｖｄｔ２、Ｖｄｔ３、Ｖｄｔ４は自由振動しながら徐々に減衰していく。検出回路４５は、このときの検出信号Ｖｄｔの強度に比例して波形整形された出力信号を生成する。制御回路１５は検出回路１３の出力信号を比較・演算することで、一次−二次コイル間の相対距離および位置ずれ方向を求める。

【0035】

例えば、各検出信号Ｖｄｔの強度が等しい場合、二次コイル２１と各検出コイル４１、４２、４３、４４との距離が等しくなる。すなわち、一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸が一致していると認識することができる。また、検出信号Ｖｄｔ２の強度が他の検出信号より相対的に大きい場合、一次コイル１９の中心軸から検出信号コイル４２の方向に二次コイル２１が位置していると認識することができる。他の例として図１１に図示したように、検出信号Ｖｄｔ１、Ｖｄｔ４の強度が等しく、検出信号Ｖｄｔ２、Ｖｄｔ３の強度が等しくなっており、検出信号Ｖｄｔ１、Ｖｄｔ４の強度が検出信号Ｖｄｔ２、Ｖｄｔ３の強度より大きいとする。このようなときには、一次コイル１９の中心軸から検出信号コイル４１と４４の間の方向に二次コイル２１が位置していると認識することができる。

【0036】

このように、一次−二次コイル間の位置ずれ方向を検出するには、複数の検出コイルを用いるとともに、各検出コイルに発生する検出信号強度を比較する必要がある。あらかじめ平滑コンデンサ２５を充電してから励振コイル１２にパルスを供給することで、各検出コイル４１、４２、４３、４４においてピックアップされる検出信号Ｖｄｔ１、Ｖｄｔ２、Ｖｄｔ３、Ｖｄｔ４の強度を高めている。このようなエコー信号の検出感度の向上手段と、複数の検出コイルに位置ずれ方向の検出手段とを組み合わせることにより、一次−二次コイル間の位置ずれ方向の検出精度を向上させることができる。もちろん、各検出信号Ｖｄｔ１、Ｖｄｔ２、Ｖｄｔ３、Ｖｄｔ４の強度より、一次−二次コイル間の相対距離を求めてもよい。一次−二次コイル間の相対距離および位置ずれ方向の両方を求めて、一次−二次コイル間の相対位置を求めることも可能である。

【0037】

なお、本実施例では４つの検出コイル４１、４２、４３、４４を用い、各検出コイルの中心軸が一次コイル１９の中心軸から略等距離になるように配置するとともに、各検出コイルの中心軸が正方形の各頂点に位置するように配置した。しかし、これはあくまで一例である。３つの検出コイルを用い、各検出コイルの中心軸が一次コイル１９の中心軸から略等距離になるように配置するとともに、各検出コイルの中心軸が正三角形の各頂点に位置するように配置してもよい。また、２つの検出コイルを用い、各検出コイルの中心軸が一次コイル１９の中心軸から略等距離になるように配置するとともに、各検出コイルの中心軸と一次コイル１９の中心軸が垂直方向に一直線に並ぶように配置してもよい。同様に、上述の２つの検出コイルの組合せを増やし、合計で６個、または８個の検出コイルを使用することで、検出精度を更に上げることもできる。本実施例では、一次−二次コイル間の相対距離および位置ずれ方向を検出することができる。相対距離および位置ずれ方向の検出結果をそれぞれ用いることで、一次−二次コイル間の相対位置も検出することが可能となる。

【0038】

上述した二次共振周波数ｆｓや検出用共振周波数ｆｄ、平滑コンデンサ２５の充電期間、パルス信号Ｖｐｌのパルス幅などの値はあくまで一例である。本発明がこうした条件に限定されるものではないことは勿論である。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形したり、各実施例を組み合わせたりして実施することができる。

【符号の説明】

【0039】

１０、３０、４０ 送電器
１１ パルス生成回路
１２ 励振コイル
１３、４５ 検出回路
１４、４１、４２、４３、４４ 検出コイル
１５ 制御回路
１６ 平滑コンデンサ
１７ 駆動回路
１８ 一次コンデンサ
１９ 一次コイル
２０ 受電器
２１ 二次コイル
２２ 二次コンデンサ
２３ 検出用コンデンサ
２４ 整流回路
２５ 平滑コンデンサ
２６ インピーダンス素子
２７ 制御回路
２８ スイッチ
２９ 負荷

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】