特許 5770589 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】5770589

(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

   H01F 38/14 20060101ALI20150806BHJP

   H01F 27/28 20060101ALI20150806BHJP

【ＦＩ】

   H02J17/00 B

   H01F23/00 B

   H01F27/28 K

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2011-216332(P2011-216332)

(22)【出願日】2011年9月30日

(65)【公開番号】特開2013-78198(P2013-78198A)

(43)【公開日】2013年4月25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】盛 建新

【審査官】 松尾 俊介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２６３６６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ １７／００

Ｈ０１Ｆ ２７／２８

Ｈ０１Ｆ ３８／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、該二次コイルを励振する励振コイルと、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複数の検出コイルと、
該複数の検出コイルすべてに関する出力信号、または、該複数の検出コイルいずれかに関する出力信号を、選択的に制御回路へと出力する検出回路とを備え、
該検出回路が該複数の検出コイルすべてに関する出力信号を該制御回路へと出力するときに該二次コイルを励振する周期を、該検出回路が該複数の検出コイルいずれかに関する出力信号を順次に該制御回路へと出力するときに該二次コイルを励振する周期より長く設定することを特徴とするワイヤレス電力伝送装置。

【請求項2】

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、該二次コイルを励振する該一次コイルと、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複数の検出コイルと、
該複数の検出コイルすべてに関する出力信号、または、該複数の検出コイルいずれかに関する出力信号を、選択的に制御回路へと出力する検出回路とを備え、
該検出回路が該複数の検出コイルすべてに関する出力信号を該制御回路へと出力するときに該二次コイルを励振する周期を、該検出回路が該複数の検出コイルいずれかに関する出力信号を順次に該制御回路へと出力するときに該二次コイルを励振する周期より長く設定することを特徴とするワイヤレス電力伝送装置。

【請求項3】

前記検出回路が前記複数の検出コイルすべてに関する出力信号を前記制御回路へと出力するとき、前記制御回路は出力信号に基づいて、前記一次コイルの近傍に前記二次コイルが配置されているのかを検出する待機モードと、
前記検出回路が前記複数の検出コイルいずれかに関する出力信号を順次に前記制御回路へと出力するとき、前記制御回路は出力信号に基づいて、前記一次コイルと前記二次コイル間の相対位置を検出する位置検出モードとを備える請求項１または２に記載のワイヤレス電力伝送装置。

【請求項4】

前記一次コイルの周囲に均等間隔で配置された発光素子を設け、前記一次コイルと前記二次コイル間の相対位置の検出結果に基づいて、前記二次コイルに対する前記一次コイルの方向に位置する該発光素子を点灯させる請求項３に記載のワイヤレス電力伝送装置。

【請求項5】

前記複数の検出コイルは平面コイルで略同一平面上に配置されており、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になるように配置されている請求項１〜４の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】

前記検出回路は前記複数の検出コイルに励起される検出信号の強度に応じた所定のパルス幅を有する複数の比較信号を生成するとともに、ロジック回路を備え、
該ロジック回路はすべての比較信号の論理和を出力信号として前記制御回路へと出力するか、もしくはいずれかの比較信号を出力信号として前記制御回路へと出力する請求項１〜５のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送装置。

【請求項7】

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を励振する第１のステップと、
該第１のステップにおいて励振された該二次コイルから発生する交流磁界を、該送電器に設けられた複数の検出コイルによって一括で検出する第２のステップと、
該第２のステップにおいて検出した該交流磁界に基づいて、該送電器の近傍に該受電器が配置されているのかを検出する第３のステップと、
該二次コイルを励振する第４のステップと、
該第４のステップにおいて励振された該二次コイルから発生する交流磁界を、該複数の検出コイルによって順次に検出する第５のステップと、
該第５のステップにおいて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第６のステップを備え、
該第１のステップにおいて繰り返し該二次コイルを励振する周期を、該第４のステップにおいて繰り返し該二次コイルを励振する周期より長く設定することを特徴とする相対位置検出方法。

【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、携帯機器向けの電磁誘導型ワイヤレス電力伝送装置が普及しつつある。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。二次コイルに伝送された電力は、整流回路などを介して二次電池などの負荷に供給される。送電器の上に受電器を置くだけで受電器内の二次電池を充電することができ、電源コネクタを抜き差しする必要がないため、優れた便利性や、防水、防塵などのメリットがある。

【0003】

一般用途の充電器では、待機時間が充電動作時間より十分長いので、充電時の効率がいくら高くても、待機時の消費電力が大きくなると、全体的な電力効率が低下してしまう。当然ながら、電源スイッチを設けて、充電時だけ電源をオンにすれば、待機電力を無くすことができる。しかし、ワイヤレス電力伝送システムの主なメリットとして、送電器の上に受電器を置くだけで充電を開始できる点が挙げられる。待機電力を低減するために手動の電源スイッチを設けると、利便性が損なわれてしまう。よって、ワイヤレス電力伝送装置においては、送電器の上に受電器が置かれたかどうかを常にチェックする必要がある。このように、実際のワイヤレス電力伝送システムでは、常に受電器の有無をチェックする待機モードを設計しなければならない。したがって、いかに待機電力を減らすかが重要な課題として挙げられる。

【0004】

特許文献１には、Ｘ軸およびＹ軸方向に並べられた複数の位置検出コイルによって、送電器上のどの位置に受電器が置かれたかどうかを検出する手段が記載されている。位置検出コイルに位置検出信号を供給することにより、受電器内に設けられた二次コイルを励起する。そして、二次コイルから発生するエコー信号を位置検出コイルで検出する。各々の位置検出コイルは、マルチプレクサを介して受信回路に接続される。マルチプレクサは、受信回路と接続する位置検出コイルを順番に切り換える。そして、受信回路が受信するエコー信号に基づいて、判別回路が二次コイルの位置を判別する。

【0005】

ここで、図１に従来の位置検出回路の一例を示す。複数の検出コイル５１、５２、５３、５４は、マルチプレクサ５５を介して受信回路５６に接続されている。受信回路５６の出力は、演算部５７に供給されている。マルチプレクサ５５は、各検出コイル５１、５２、５３、５４で検出されるエコー信号を順次に受信回路５６に出力する。演算部５７は、受信回路５６から供給されるエコー信号の強度に基づいて、二次コイルの位置を判別する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１０−２６３６６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、このような位置検出方法では、各検出コイル５１、５２、５３、５４においてそれぞれエコー信号の有無を判断するために、マルチプレクサ５５によって接続する検出コイルを切り換える必要がある。よって、各検出コイル５１、５２、５３、５４から供給される信号を一括で検出することができない。そのため、サンプリング頻度が大きくなってしまい、待機電力が大きくなってしまう。

【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、ワイヤレス電力伝送システムの利便性を損なうことなく、待機電力を低減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、該二次コイルを励振する励振コイルと、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複数の検出コイルと、該複数の検出コイルに励起されるすべてのもしくはいずれかの検出信号を選択的に制御回路へと出力する検出回路とを備え、該検出回路がすべての検出信号を該制御回路へと出力するときに該二次コイルを励振する周期を、該検出回路がいずれかの検出信号を順次に該制御回路へと出力するときに該二次コイルを励振する周期より長く設定す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、該二次コイルを励振する該一次コイルと、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複数の検出コイルと、該複数の検出コイルに励起されるすべてのもしくはいずれかの検出信号を選択的に制御回路へと出力する検出回路とを備え、該検出回路がすべての検出信号を該制御回路へと出力するときに該二次コイルを励振する周期を、該検出回路がいずれかの検出信号を順次に該制御回路へと出力するときに該二次コイルを励振する周期より長く設定す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を励振する第１のステップと、該第１のステップにおいて励振された該二次コイルから発生する交流磁界を、該送電器に設けられた複数の検出コイルによって一括で検出する第２のステップと、該第２のステップにおいて検出した該交流磁界に基づいて、該送電器の近傍に該受電器が配置されているのかを検出する第３のステップと、該二次コイルを励振する第４のステップと、該第４のステップにおいて励振された該二次コイルから発生する交流磁界を、該複数の検出コイルによって順次に検出する第５のステップと、該第５のステップにおいて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第６のステップを備え、該第１のステップにおいて繰り返し該二次コイルを励振する周期を、該第４のステップにおいて繰り返し該二次コイルを励振する周期より長く設定することを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によると、待機電力を低減することができ、ワイヤレス電力伝送装置の全体的な電力効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】従来の位置検出回路のブロック図

【図2】本発明のワイヤレス電力伝送装置のブロック図

【図3】本発明の各コイルの位置関係を示す概略図

【図4】本発明のワイヤレス電力伝送装置の検出回路

【図5】本発明の検出信号強度の検出動作を示すタイミングチャート

【図6】本発明の位置検出モードにおけるタイミングチャート

【図7】本発明の待機モードにおけるタイミングチャート

【図8】本発明のワイヤレス電力伝送装置の切換回路の他の例

【図9】本発明の第２の実施例における送電器のブロック図

【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。

【0015】

図２に本発明のワイヤレス電力伝送装置のブロック図を示す。送電器１０は、直流電源１１、平滑コンデンサ１２、駆動回路１３、一次共振コンデンサ１４、一次コイル１５、制御回路１６、パルス生成回路１７、励振コイル１８、検出コイル２１〜２４、検出回路２５を備える。また、受電器３０は、二次コイル３１、二次共振コンデンサ３２、検出用コンデンサ３３、整流回路３４、平滑コンデンサ３５、スイッチ３６、負荷３７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１３には、直流電源１１から直流電圧Ｖｉｎが供給される。駆動回路１３の入力端には、平滑コンデンサ１２が接続されており、駆動回路１３の出力端には、一次コイル１５と一次共振コンデンサ１４が直列接続されている。駆動回路１３は、一次コイル１５と一次共振コンデンサ１４に交流電力を供給する。一例として、駆動回路１３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１８には、パルス生成回路１７よりパルス信号Ｖｐが供給される。駆動回路１３やパルス生成回路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１６により制御される。また、検出コイル２１〜２４に励起される検出信号Ｖｓ１〜Ｖｓ４は、検出回路２５に供給される。検出回路２５は、いずれかの検出信号Ｖｓ１〜Ｖｓ４の強度に応じたパルス幅を有する信号を、出力信号Ｐｏｓとして制御回路に出力する。もしくは、各検出信号Ｖｓ１〜Ｖｓ４の強度に応じたパルス幅を有する信号の論理和を出力信号Ｐｏｓとして制御回路に出力する。検出回路２５の動作は、制御回路１６から供給される制御信号Ｓ１〜Ｓ４により制御される。

【0017】

次に、受電器３０の構成について説明する。二次コイル３１は、電磁誘導作用により一次コイル１５から電力を受電する。二次コイル３１の両端には、二次共振コンデンサ３２を介して検出用コンデンサ３３が接続されている。検出用コンデンサ３３に印加される電圧は、整流回路３４により整流される。整流回路３４の出力端には、平滑コンデンサ３５が接続されている。平滑コンデンサ３５は、整流回路３４の出力電圧のリプルを除去するものである。また、整流回路３４の出力端には、スイッチ３６を介して二次電池などの負荷３７が接続されている。スイッチ３６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（図示せず）により制御される。負荷３７は、スイッチ３６により受電器３０の回路から切り離すことができる。二次コイル３１が得た電力を負荷３７に供給する場合は、スイッチ３６が閉じられ、負荷３７に電圧が印加される。

【0018】

検出用コンデンサ３３の容量は、二次共振コンデンサ３２の容量よりはるかに小さくなるように設計する。これにより、スイッチ３６による負荷接続時の低負荷インピーダンス状態において、二次共振コンデンサ３２と二次コイル３１との共振器が構成される。一方、スイッチ３６による負荷遮断時の高負荷インピーダンス状態においては、二次コイル３１と二次共振コンデンサ３２と検出用コンデンサ３３との共振器が構成される。つまり、受電器３０はデュアル共振器になっている。以下、二次コイル３１と二次共振コンデンサ３２と検出用コンデンサ３３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、本発明の一次コイル１５、励振コイル１８、検出コイル２１〜２４、二次コイル３１の位置関係を示す概略図である。送電器１０の上面は略平面状になっており、この面に受電器３０が載置される。一次コイル１５、励振コイル１８、検出コイル２１〜２４は、送電器１０の中に内蔵されている。一次コイル１５、励振コイル１８、検出コイル２１〜２４、二次コイル３１はそれぞれ平面で薄型の構造となっている。送電器１０の上面と一次コイル１５の巻回面は略平行になりように配置されている。また、一次コイル１５の巻回面と二次コイル３１の巻回面は、それぞれ対向するように配置されている。一次コイル１５、励振コイル１８、検出コイル２１〜２４は、それぞれ略同一平面上に配置されており、また、一次コイル１５、励振コイル１８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２１〜２４の中心軸と、一次コイル１５および励振コイル１８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２１と検出コイル２２および検出コイル２４、検出コイル２３と検出コイル２２および検出コイルの２４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２１、２３の中心軸間を結んだ線と、対向する検出コイル２２、２４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２１、２２、２３、２４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。

【0020】

電力伝送は、一次コイル１５と二次コイル３１間の電磁誘導により行われる。電力伝送の効率は、一次コイル１５と二次コイル３１の相対位置によって変動する。一般的に、一次コイル１５の巻回面と二次コイル３１の巻回面を対向するように配置する。そして、一次コイル１５と二次コイル３１の相対位置が近くなるほど効率が高く、相対位置が遠くなるほど効率が低くなることが知られている。したがって、電力伝送を行う前に、一次コイル１５に対して、二次コイル３１を適切な位置に配置する必要がある。

【0021】

一次コイル１５と二次コイル３１の相対位置の検知には、次のような方法を用いることが考えられる。所定のパルス幅を有するパルス信号Ｖｐを励振コイル１８に供給すると、それに応じて検出用共振周波数ｆｄで振動する電流が二次コイル３１に流れる。そして、この電流により交流磁界が発生する。送電器１０に設けられた検出コイル２１〜２４は、この交流磁界として発生するエコー信号を検出信号Ｖｓ１〜Ｖｓ４としてピックアップする。複数の検出コイル２１〜２４を一次コイル１５の周囲に配置することで、一次コイル１５の周囲におけるエコー信号の強度の分布を得ることができる。検出回路２５は、得られた各検出信号Ｖｓ１〜Ｖｓ４の強度に応じたパルス幅を有する信号を、順次に出力信号Ｐｏｓとして制御回路１６に出力する。制御回路１６は、各検出信号Ｖｓ１〜Ｖｓ４に応じて順次に得られた出力信号Ｐｏｓの相対強度を比較することにより、一次コイル１５に対する二次コイル３１の方位を演算して求めることができる。つまり、検出回路２５と制御回路１６により、得られた検出信号Ｖｓ１〜Ｖｓ４の相対強度を比較している。なお、パルス信号Ｖｐを励振コイル１８に供給し、二次コイル３１に誘導される電流により発生する交流磁界を検出コイル２１〜２４でピックアップするときには、スイッチ３６をオープンする。

【0022】

さらに、送電器１０にＬＥＤなどの発光素子を配置することで一次コイル１５に対する二次コイル３１の方位をユーザーに報知することが可能である。送電器１０の周囲には、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ８が均等間隔で配置されている。各ＬＥＤと一次コイル１５の中心軸との距離は略同一になっており、各ＬＥＤ１〜ＬＥＤ８が正八角形を描くように配置されている。制御回路１６は、二次コイル３１に対して一次コイル１５のある方向に位置するＬＥＤを点灯させることで、ユーザーに二次コイル３１を一次コイル１５に向かって移動させるように方向誘導することが可能である。例えば、図３のような状態においては、二次コイル３１に対して一次コイル１５が位置する方向にあるＬＥＤ６とＬＥＤ７のいずれか一方または両方を点灯させればよい。一次コイル１５と二次コイル３１の中心軸が略一致すると、検出信号Ｖｓ１〜Ｖｓ４の強度がそれぞれほぼ等しくなるので、一次コイル１５に対して二次コイル３１が適切な位置に配置されたのを認識することができる。その後に、一次コイル１５から二次コイル３１に電力伝送などが行われる。送電器１０の周囲に配置する発光素子の数は、方向を誘導するのに十分な数であればいくつ配置しても構わない。例えば、４つや６つのＬＥＤを均等間隔に配置するなど、任意に選択することができる。

【0023】

次に、図４に本発明のワイヤレス電力伝送装置の検出回路を示す。検出回路２５は、増幅回路ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４、平滑回路ＳＭＯ１〜ＳＭＯ４、比較回路ＣＭＰ１〜ＣＭＰ４、切換回路ＳＥＬを備える。

【0024】

増幅回路ＡＭＰ１は、オペアンプＯＰ１、抵抗Ｒ１１、帰還抵抗Ｒ２１を備える。
オペアンプＯＰ１の非反転入力端子には検出信号Ｖｓ１が供給されている。他方、オペアンプＯＰ１の反転入力端子には抵抗Ｒ１１の一端が接続され、抵抗Ｒ１１の他端は接地されている。また、オペアンプＯＰ１の反転入力端子と出力端子間には帰還抵抗Ｒ２１が接続されている。オペアンプＯＰ１から出力される信号を増幅信号Ｖａ１とする。
なお、増幅回路ＡＭＰ２〜ＡＭＰ４についても、それぞれオペアンプＯＰ２〜ＯＰ４、抵抗Ｒ１２〜Ｒ１４、帰還抵抗Ｒ２２〜Ｒ２４を備えており、増幅回路ＡＭＰ１と同様の接続関係となっている。また、各オペアンプＯＰ２〜ＯＰ４から出力される信号をそれぞれ増幅信号Ｖａ２〜Ｖａ４とする。

【0025】

平滑回路ＳＭＯ１は、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ３１、コンデンサＣ１を備える。
ダイオードＤ１のアノードは、オペアンプＯＰ１の出力端子に接続されている。ダイオードＤ１のカソードには抵抗Ｒ３１およびコンデンサＣ１の一端が接続され、抵抗Ｒ３１およびコンデンサＣ１の他端は接地されている。ダイオードＤ１のカソードの信号を平滑信号Ｖｓｍ１とする。
なお、平滑回路ＳＭＯ２〜ＳＭＯ４についても、それぞれダイオードＤ２〜Ｄ４、抵抗Ｒ３２〜Ｒ３４、コンデンサＣ２〜Ｃ４を備えており、平滑回路ＳＭＯ１と同様の接続関係となっている。また、各ダイオードＤ２〜Ｄ４のカソードの信号をそれぞれ平滑信号Ｖｓｍ２〜Ｖｓｍ４とする。

【0026】

比較回路ＣＭＰ１は、コンパレータＣＯ１を備える。
コンパレータＣＯ１の非反転入力端子には、ダイオードＤ１のカソードが接続され、平滑信号Ｖｓｍ１が供給されている。他方、コンパレータＣＯ１の反転入力端子には、基準電圧Ｖｒｅｆが供給されている。コンパレータＣＯ１から出力される信号を比較信号Ｐｏ１とする。
なお、比較回路ＣＭＰ２〜ＣＭＰ４についても、それぞれコンパレータＣＯ２〜ＣＯ４を備えており、比較回路ＣＭＰ１と同様の接続関係となっている。また、各コンパレータＣＯ２〜ＣＯ４から出力される信号をそれぞれ比較信号Ｐｏ２〜Ｐｏ４とする。

【0027】

切換回路ＳＥＬは、ＡＮＤ回路ＡＮＤ１〜ＡＮＤ４、ＯＲ回路ＯＲ１を備える。ＡＮＤ回路ＡＮＤ１〜ＡＮＤ４は、それぞれ第１、第２の入力端子を備える。また、ＯＲ回路ＯＲ１は、第１、第２、第３、第４の入力端子を備える。
ＡＮＤ回路ＡＮＤ１の第１の入力端子には、比較信号Ｐｏ１が供給されている。ＡＮＤ回路ＡＮＤ１の第２の入力端子には、制御信号Ｓ１が供給されている。ＡＮＤ回路ＡＮＤ１は、比較信号Ｐｏ１および制御信号Ｓ１の論理積を算出して出力する。
なお、ＡＮＤ回路ＡＮＤ２〜ＡＮＤ４についても、それぞれＡＮＤ回路ＡＮＤ１と同様の接続関係となっている。
また、各ＡＮＤ回路ＡＮＤ１〜ＡＮＤ４の出力端子は、ＯＲ回路ＯＲ１の第１〜第４の入力端子にそれぞれ接続されている。ＯＲ回路ＯＲ１は、第１〜第４の入力端子に供給される信号の論理和を算出して出力する。ＯＲ回路ＯＲ１から出力される信号を出力信号Ｐｏｓとする。この出力信号Ｐｏｓは、制御回路１６に供給される。

【0028】

増幅回路ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４は、それぞれオペアンプＯＰ１〜ＯＰ４によって、検出信号Ｖｓ１〜Ｖｓ４を増幅し、増幅信号Ｖａ１〜Ｖａ４を出力する。
平滑回路ＳＭＯ１〜ＳＭＯ４は、それぞれ得られた増幅信号Ｖａ１〜Ｖａ４をダイオードＤ１〜Ｄ４、抵抗Ｒ３１〜Ｒ３４、コンデンサＣ１〜Ｃ４によって整流平滑し、単一ピークの信号である平滑信号Ｖｓｍ１〜Ｖｓｍ４を出力する。
比較回路ＣＭＰ１〜ＣＭＰ４は、それぞれ平滑信号Ｖｓｍ１〜Ｖｓｍ４と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較する。平滑信号Ｖｓｍ１〜Ｖｓｍ４が基準電圧Ｖｒｅｆより大きくなる場合にはハイレベル、平滑信号Ｖｓｍ１〜Ｖｓｍ４が基準電圧Ｖｒｅｆより小さくなる場合にはローレベルの比較信号Ｐｏ１〜Ｐｏ４を出力する。
切換回路ＳＥＬは、いずれかの比較信号Ｐｏ１〜Ｐｏ４を選択して出力する。もしくは各比較信号Ｐｏ１〜Ｐｏ４の論理和を算出して、出力信号Ｐｏｓとして出力する。いずれの動作を行うかは、制御回路１６から供給される制御信号Ｓ１〜Ｓ４により制御される。

【0029】

ここで、本発明の検出信号強度の検出動作を示すタイミングチャートを図５に示す。なお、パルス信号Ｖｐを励振コイル１８に供給し、検出信号Ｖｓ１〜Ｖｓ４をピックアップする際には、受電器３０に設けられているスイッチ３６をオープンにする。

【0030】

時刻ｔ１において、励振コイル１８に４００ｎｓ幅程度の単発のパルス信号Ｖｐを供給する。
時刻ｔ１から所定時間経過した時刻ｔ２になると、検出コイル２１に検出用共振周波数ｆｄで振動するエコー信号がピックアップされる。励振コイル１８にパルス信号Ｖｐを供給すると、二次コイル３１と二次共振コンデンサ３２と検出用コンデンサ３３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３１の周りには交流磁界が発生する。エコー信号とは、このときに二次コイル３１から一次側へ送られる交流磁界のことである。このエコー信号は、電磁誘導により検出コイル２１でピックアップされ、検出コイル２１に検出信号Ｖｓ１が発生する。そして、検出信号Ｖｓ１はオペアンプＯＰ１により増幅され、増幅信号Ｖａ１が発生し、平滑信号Ｖｓｍ１が徐々に増加する。この検出信号Ｖｓ１は、徐々に自由振動しながら減衰していく。
時刻ｔ３になると、平滑信号Ｖｓｍ１が基準電圧Ｖｒｅｆより大きくなる。すると、コンパレータＣＯ１から出力される比較信号Ｐｏ１がローレベルからハイレベルに切り換わる。その後、平滑信号Ｖｓｍ１が徐々に増加し、あるピーク値まで上昇した後、徐々に減少していく。
時刻ｔ４になると、平滑信号Ｖｓｍ１が基準電圧Ｖｒｅｆより小さくなる。すると、コンパレータＣＯ１から出力される比較信号Ｐｏ１がハイレベルからローレベルに切り換わる。また、検出信号Ｖｓ１は、減衰しながら時間とともに収束していく。それに伴い、平滑信号Ｖｓｍ１も収束する。

【0031】

エコー信号の強度は、一次コイル１５と二次コイル３１との距離に依存する。一次コイル１５と二次コイル３１との距離が近いほどエコー信号の強度が強くなり、得られる比較信号Ｐｏ１のパルス幅が長くなる。また、一次コイル１５と二次コイル３１との距離が遠いほどエコー信号の強度が弱くなり、得られる比較信号Ｐｏ１のパルス幅が短くなる。

【0032】

このように、エコー信号すなわち検出信号Ｖｓ１が強いほど、平滑信号Ｖｓｍ１が強くなり、比較信号Ｐｏ１の幅が大きくなる。よって、得られた比較信号Ｐｏ１のパルス幅から検出信号Ｖｓ１の信号強度を評価することができる。なお、一次コイル１５の近傍に二次コイル３１が配置されていない場合には、エコー信号が発生しないため、検出信号Ｖｓ１が検出されない。そのため、比較信号Ｐｏ１はローレベルのままとなる。すなわち、エコー信号が発生しない場合、二次コイル３１が一次コイル１５から十分離れていることがわかる。よって、エコー信号の強度すなわち比較信号Ｐｏ１から一次コイル１５と二次コイル３１との距離だけでなく、二次コイル３１の有無についても検出することができる。

【0033】

図５では、増幅回路ＡＭＰ１、平滑回路ＳＭＯ１、比較回路ＣＭＰ１の動作についてのみ説明したが、増幅回路ＡＭＰ２〜ＡＭＰ４、平滑回路ＳＭＯ２〜ＳＭＯ４、比較回路ＣＭＰ２〜ＣＭＰ４についても同様の信号処理が行われる。

【0034】

複数の検出コイル２１〜２４でピックアップされる検出信号Ｖｓ１〜Ｖｓ４の信号強度を比較、演算すれば、送電器１０に対する受電器３０の方位を求めることができる。制御回路１６の一例として用いられるマイコンなどの演算器は、複数の信号を同時に処理することが難しいので、処理する信号を順次に取り出す必要がある。検出回路２５内の切換回路ＳＥＬを用いることで、信号チャネルを選択して取り出すことができる。

【0035】

ここで、本発明の位置検出モードにおけるタイミングチャートを図６に示す。ユーザーは、送電器１０の上面で受電器３０を動かして、一次コイル１５と二次コイル３１の中心軸を略一致させるように位置合わせを行う。ここでは、位置合わせの動きに対してサンプリング時間が十分に短いと仮定する。そのため、短時間内において検出信号Ｖｓ１〜Ｖｓ４の強度が変わらない、すなわち比較信号Ｐｏ１〜Ｐｏ４のパルス幅が変わらないものとする。

【0036】

４００ｎｓ幅程度の単発のパルス信号Ｖｐが、所定の周期Ｔ１で励振コイル１８に供給される。パルス信号Ｖｐが供給されるごとに、一次コイル１５と二次コイル３１との距離、方位に応じたパルス幅を有する比較信号Ｐｏ１〜Ｐｏ４が得られる。この比較信号Ｐｏ１〜Ｐｏ４を順次に取り出すためには、励振コイル１８にパルス信号Ｖｐを印加するごとに、いずれかの制御信号Ｓ１〜Ｓ４のみが順番にハイレベルとなるようにすればよい。なお、制御信号Ｓ１〜Ｓ４のパルス幅は、比較信号Ｐｏ１〜Ｐｏ４のパルス幅の予想最大値より大きくなるように設定する。また、周期Ｔ１も制御信号Ｓ１〜Ｓ４のパルス幅より大きくなるように設定する。

【0037】

ｎ＋１番目のパルス信号Ｖｐが供給されると、制御信号Ｓ１のみがハイレベルとなり、他の制御信号Ｓ２〜Ｓ４はローレベルのままである。この期間は、比較信号Ｐｏ１と同じ信号が、そのまま出力信号Ｐｏｓとして出力される。次のパルス信号Ｖｐが供給される前に、制御信号Ｓ１はローレベルに切り換わる。

【0038】

ｎ＋２番目のパルス信号Ｖｐが供給されると、制御信号Ｓ２のみがハイレベルとなり、他の制御信号Ｓ１、Ｓ３、Ｓ４はローレベルのままである。この期間は、比較信号Ｐｏ２と同じ信号が、そのまま出力信号Ｐｏｓとして出力される。次のパルス信号Ｖｐが供給される前に、制御信号Ｓ２はローレベルに切り換わる。

【0039】

ｎ＋３番目のパルス信号Ｖｐが供給されると、制御信号Ｓ３のみがハイレベルとなり、他の制御信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ４はローレベルのままである。この期間は、比較信号Ｐｏ３と同じ信号が、そのまま出力信号Ｐｏｓとして出力される。次のパルス信号Ｖｐが供給される前に、制御信号Ｓ３はローレベルに切り換わる。

【0040】

ｎ＋４番目のパルス信号Ｖｐが供給されると、制御信号Ｓ４のみがハイレベルとなり、他の制御信号Ｓ１〜Ｓ３はローレベルのままである。この期間は、比較信号Ｐｏ４と同じ信号が、そのまま出力信号Ｐｏｓとして出力される。次のパルス信号Ｖｐが供給される前に、制御信号Ｓ４はローレベルに切り換わる。

【0041】

ｎ＋５番目のパルス信号Ｖｐが供給されると、再度制御信号Ｓ１のみがハイレベルとなり、以下同様の動作が繰り返し行われる。

【0042】

このように、パルス信号Ｖｐが立ち上るごとに、選択したい比較信号に対応する制御信号のみをハイレベルにし、他の制御信号をローレベルにする。これにより、選択した比較信号だけが対応するＡＮＤ回路から出力される。このＡＮＤ回路から出力される信号は、ＯＲ回路ＯＲ１からの出力信号Ｐｏｓとして得られる。制御回路１６は、出力信号Ｐｏｓのパルス幅を計測して数量化する。

【0043】

比較信号Ｐｏ１〜Ｐｏ４に対応する４チャネルの出力信号Ｐｏｓを順次に取り出した後、制御回路１６は各４チャネルの出力信号Ｐｏｓの相対強度を比較、演算して、一次コイル１５に対する二次コイル３１の方位を求める。制御回路１６は求めた方位に対応するＬＥＤを点灯させ、一次コイル１５に対する二次コイル３１の方位をユーザーに報知する。このように、４チャネルの出力信号Ｐｏｓを順次に取り出すため、一回の位置検出の周期は４×Ｔ１となる。この位置検出動作は、一次コイル１５と二次コイル３１の相対位置が所定の範囲内になるまで繰り返して続けられる。一次コイル１５に対して二次コイル３１が適切な位置に配置されると、一次コイル１５から二次コイル３１に電力伝送などが行われる。つまり、一次コイル１５と二次コイル３１の相対位置が所定の範囲内になるまで、位置検出モードが継続される。

【0044】

なお、切換回路ＳＥＬにおいて４入力のＯＲ回路ＯＲ１を用いたが、複数の２入力ＯＲ回路を組み合わせて構成してもよい。例えば、いずれか２つのＡＮＤ回路の出力端子を第１の２入力ＯＲ回路の各入力端子に接続する。他の２つのＡＮＤ回路の出力端子を第２の２入力ＯＲ回路の各入力端子に接続する。第１の２入力ＯＲ回路の出力端子および第２の２入力ＯＲ回路の出力端子を第３の２入力ＯＲ回路の各入力端子に接続する。そして、第３の２入力ＯＲ回路の出力から出力信号Ｐｏｓを得る。このように、複数の２入力ＯＲ素子を組み合せることで、等価的な４入力ＯＲ回路を構成できる。

【0045】

上述したように、一次コイル１５に対する二次コイル３１の位置を検出するための位置検出モードでは、検出信号Ｖｓ１〜Ｖｓ４を順次に取り出している。この場合、位置合わせの動きに対して、検出結果の応答速度を確保するために、適切なサンプリング頻度を確保しなければならない。当然ながら、位置検出モードの信号処理方法は受電器の有無をチェックするだけの待機モードにも適用できるが、待機電力を減らすために、サンプリング頻度の低い待機モードを別途設けることが望ましい。

【0046】

位置検出モードでは、各比較信号Ｐｏ１〜Ｐｏ４のパルス幅を正確に測定する必要であった。これに対し、待機モードでは、一次コイル１５の近傍に二次コイル３１があるかないかを検出すればよい。すなわち、検出信号Ｖｓ１〜Ｖｓ４の有無を検出できればよい。

【0047】

次に、本発明の待機モードにおけるタイミングチャートを図７に示す。

【0048】

４００ｎｓ幅程度の単発のパルス信号Ｖｐが、所定の周期Ｔ２で励振コイル１８に供給される。待機モードにおけるパルス信号Ｖｐの周期Ｔ２は、位置検出モードにおけるパルス信号Ｖｐの周期Ｔ１より長くなるように設定する。いずれかの検出信号Ｖｓ１〜Ｖｓ４の有無を検出するため、励振コイル１８にパルス信号Ｖｐを印加するごとに、各制御信号Ｓ１〜Ｓ４が同時にハイレベルとなるようにすればよい。

【0049】

ｍ＋１番目のパルス信号Ｖｐが供給されると、各制御信号Ｓ１〜Ｓ４が同時にハイレベルとなる。いずれの比較信号Ｐｏ１〜Ｐｏ４も検出されない場合、出力信号Ｐｏｓもローレベルのままである。よって、一次コイル１５の近傍に二次コイル３１が存在しないことがわかる。次のパルス信号Ｖｐが供給される前に、各制御信号Ｓ１〜Ｓ４はローレベルに切り換わる。

【0050】

ｍ＋２番目のパルス信号Ｖｐが供給されたときにも、各制御信号Ｓ１〜Ｓ４が同時にハイレベルとなる。図のように、あるパルス幅を有する比較信号Ｐｏ２とＰｏ３が検出されたとする。各比較信号Ｐｏ１〜Ｐｏ４の論理和を算出した信号が出力信号Ｐｏｓとして得られ、一次コイル１５の近傍に二次コイル３１が存在することがわかる。次のパルス信号Ｖｐが供給される前に、各制御信号Ｓ１〜Ｓ４はローレベルに切り換わる。

【0051】

このように、パルス信号Ｖｐが立ち上るごとに、各制御信号Ｓ１〜Ｓ４を同時にハイレベルにする。これにより、検出信号Ｖｓ１〜Ｖｓ４のうちいずれかの信号のみが検出された場合でも、出力信号Ｐｏｓとして検出できので、受電器３０の有無を迅速に判断できる。また、検出信号Ｖｓ１〜Ｖｓ４に対応する比較信号Ｐｏ１〜Ｐｏ４を順次に取り出す必要がないため、タイミング制御方法を簡素化することができる。

【0052】

複数の比較信号Ｐｏ１〜Ｐｏ４が同時に検出された場合、比較信号Ｐｏ１〜Ｐｏ４の中で、パルス幅の一番大きな信号が出力信号Ｐｏｓとして出力される。従って、エコー信号を検出可能な範囲において、受電器３０からのエコー信号の有無を同時に一括で検出することができる。よって、待機モードにおける駆動パルスＶｐのサンプリング頻度が位置検出モードの４分の１にすることができ、また、駆動パルスＶｐの周期Ｔ２を大きく設定することで、待機電力を大幅に低減することができる。

【0053】

パルス信号Ｖｐは、出力信号Ｐｏｓが検出されるまで、所定の周期Ｔ２で繰り返し供給される。つまり、出力信号Ｐｏｓが検出されるまで、待機モードが継続される。出力信号Ｐｏｓが検出されると、待機モードから位置検出モードに動作が切り換えられる。なお、位置検出モードにおいて、所定時間いずれの出力信号Ｐｏｓが検出されない場合には、待機モードに動作を切り換えることで消費電力を低減できる。

【0054】

次に、図８に本発明のワイヤレス電力伝送装置の切換回路の他の例を示す。上述の切換回路ＳＥＬ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。

【0055】

切換回路ＳＥＬ’は、ＡＮＤ回路ＡＮＤ１〜ＡＮＤ４、ＯＲ回路ＯＲ１、ＯＲ２を備える。ＯＲ回路ＯＲ２は、第１、第２、第３、第４の入力端子を備える。比較信号Ｐｏ１〜Ｐｏ４は、ＯＲ回路ＯＲ２の第１〜第４の入力端子にそれぞれ供給されている。ＯＲ回路ＯＲ２は、第１〜第４の入力端子に供給される各比較信号Ｐｏ１〜Ｐｏ４の論理和を算出して出力する。ＯＲ回路ＯＲ２から出力される信号を出力信号Ｐｏｓ’とする。この出力信号Ｐｏｓ’は、制御回路１６に供給される。

【0056】

いずれかの比較信号Ｐｏ１〜Ｐｏ４が検出された場合、それがＯＲ回路ＯＲ２の出力信号Ｐｏｓ’として現れる。待機モードにおいて、ＡＮＤ回路ＡＮＤ１〜ＡＮＤ４を経由せずに、ＯＲ回路ＯＲ２の出力信号Ｐｏｓ’を検出する。制御回路１６は、出力信号Ｐｏｓ’に基づいて、一次コイル１５の近傍に二次コイル３１があるかないかを検出することができる。この場合、待機モードにおいて、制御信号Ｓ１〜Ｓ４を検出回路２５に供給する必要がなくなり、待機モードにおいて切換回路ＳＥＬ’の制御動作を省略できる。

【0057】

このような切換回路ＳＥＬ、ＳＥＬ’の構成はあくまで一例である。待機モードにおいては検出信号Ｖｓ１〜Ｖｓ４を一括に検出し、位置検出モードにおいては検出信号Ｖｓ１〜Ｖｓ４を選択的に検出できるのであれば、どのような回路構成にしても構わない。ロジック素子を利用したデジタル回路を用いることで、検出信号Ｖｓ１〜Ｖｓ４の一括検出動作および順次に検出する動作の切り換えを、簡素な構成で実現することができる。

【0058】

次に、図９に本発明の第２の実施例における送電器のブロック図を示す。なお、上述した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、直流電源１１、平滑コンデンサ１２、駆動回路１３、一次共振コンデンサ１４、一次コイル１５、制御回路１６、パルス生成回路１７、励振コイル１８、検出コイル２１〜２４、検出回路２５、加算回路４１、比較回路４２を備える。

【0059】

検出コイル２１〜２４に励起される検出信号Ｖｓ１〜Ｖｓ４は、検出回路２５とともに加算回路４１にも供給される。加算回路４１は、各検出信号Ｖｓ１〜Ｖｓ４を足し合わせた信号を比較回路４２に出力する。比較回路４２は、加算回路４１の出力と基準値とを比較し、結果を制御回路１６に出力する。

【0060】

いずれかの検出信号Ｖｓ１〜Ｖｓ４が検出された場合、それが加算回路４１の出力信号として現れる。比較回路４２は加算回路４１の出力と基準値とを比較し、加算回路４１の出力が基準値より大きくなると、一次コイル１５の近傍に二次コイル３１が存在すると認識することができる。この場合、待機モードにおいて、制御信号Ｓ１〜Ｓ４を検出回路２５に供給する必要がなくなり、検出回路２５の制御動作を省略できる。

【0061】

上述した実施例においては４つの検出コイルを用いて位置検出を行ったが、これはあくまで一例である。２つの検出コイルを用いて、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一次コイル１５の中心軸に対して対称になるように配置してもよい。また、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１５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。以下同様に、５つ以上の検出コイルを用いても構わない。いずれの場合でも、待機モードにおいては各検出コイルでピックアップする検出信号を一括に検出し、位置検出モードにおいては検出信号を選択的に検出すればよい。

【0062】

また、検出信号Ｖｓ１〜Ｖｏ４を増幅、平滑、比較して得られた比較信号Ｐｏ１〜Ｐｏ４のパルス幅から、受電器３０の有無や一次コイル１５と二次コイル３１との相対位置を求めているが、位置検出の方法はこのような例に限られるものではない。例えば、検出信号Ｖｓ１〜Ｖｏ４を単に増幅して得られた増幅信号Ｖａ１〜Ｖａ４の波形の最大値から、受電器の有無や一次コイル１５と二次コイル３１との相対位置を求めてもよい。検出信号Ｖｓ１〜Ｖｏ４の強度に基づいて受電器３０の有無や一次コイル１５と二次コイル３１との相対位置を求めることができるのであれば、どのような形態でも構わない。

【0063】

また、パルス生成回路１７や励振コイル１８を用いずに、二次コイル３１を励振してエコー信号を発生させてもよい。例えば、励振コイル１８にパルス信号Ｖｐを供給する代わりに、一次コイル１５を検出用共振周波数ｆｄに近い周波数で短時間駆動させる、もしくは単発のパルスが発生するように駆動させる。これに応じて、検出用共振周波数ｆｄで振動する電流が二次コイル３１に流れ、エコー信号が発生する。このように動作させることにより、励振コイル１８およびパルス生成回路１７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。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

【符号の説明】

【0064】

１０、４０ 送電器
１１ 直流電源
１２ 平滑コンデンサ
１３ 駆動回路
１４ 一次共振コンデンサ
１５ 一次コイル
１６ 制御回路
１７ パルス生成回路
１８ 励振コイル
２１〜２４ 検出コイル
２５ 検出回路
３０ 受電器
３１ 二次コイル
３２ 二次共振コンデンサ
３３ 検出用コンデンサ
３４ 整流回路
３５ 平滑コンデンサ
３６ スイッチ
３７ 負荷
４１ 加算回路
４２ 比較回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】