特許 6081207 無接点給電システム、受電機器、給電台、無接点給電方法

(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】6081207

(24)【登録日】2017年1月27日

(45)【発行日】2017年2月15日

(54)【発明の名称】無接点給電システム、受電機器、給電台、無接点給電方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/10 20160101AFI20170206BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20170206BHJP

   H02J 50/60 20160101ALI20170206BHJP

   H02J 50/80 20160101ALI20170206BHJP

   H01M 10/46 20060101ALI20170206BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20170206BHJP

【ＦＩ】

   H02J50/10

   H02J7/00 301D

   H02J50/60

   H02J50/80

   H02J7/00 S

   H01M10/46

   H01M10/44 Q

【請求項の数】18

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2013-14116(P2013-14116)

(22)【出願日】2013年1月29日

(65)【公開番号】特開2014-147208(P2014-147208A)

(43)【公開日】2014年8月14日

【審査請求日】2015年11月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001889

【氏名又は名称】三洋電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100074354

【弁理士】

【氏名又は名称】豊栖 康弘

(74)【代理人】

【識別番号】100104949

【弁理士】

【氏名又は名称】豊栖 康司

(72)【発明者】

【氏名】飯島 靖博

(72)【発明者】

【氏名】冨來 正博

(72)【発明者】

【氏名】山本 洋由

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 良二

【審査官】 竹下 翔平

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１６−５０３６４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１５−５３１２２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０７５９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−００５１８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ １０／４２−１０／４８

Ｈ０２Ｊ ７／００−７／１２

７／３４−７／３６

５０／００−５０／９０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気負荷を有する受電機器と、
前記受電機器に送電する給電台とを備え、
前記受電機器に対して、前記給電台から無接点で電力を送電して送電可能な無接点給電システムであって、
前記受電機器は、
前記電気負荷と、
前記給電台からの送電を受けるための受電コイルと、
前記受電コイルで受電した受電電力でもって、前記電気負荷の駆動を制御する受電側制御手段と、
前記受電機器側で実際に得られた受電量を取得する受電量取得手段と、
前記給電台から受電機器に送電される送電量に関して指示する送電要求信号を生成するための要求信号生成手段と
を備え、
前記給電台は、
前記受電コイルと電磁結合して送電するための送電コイルと、
前記要求信号生成手段で生成された送電要求信号を受信するための要求信号受信手段と、
前記要求信号受信手段で受信された送電要求信号に基づいて、前記送電コイルから送電する送電量を制御するための電力制御手段と、
を備え、
前記給電台は、
第一目標電流値を定格電流として送電可能な第一電流モードと、
前記第一目標電流値よりも大きい第二目標電流値を定格電流として送電可能な第二電流モードとを、前記電力制御手段で切り替え可能としており、
前記要求信号生成手段は、送電要求信号として、
前記第一電流モードでの送電に必要な第一送電電力を要求する第一送電要求信号と、
前記第二電流モードでの送電に必要な第二送電電力を要求する第二送電要求信号とを送信可能としてなることを特徴とする無接点給電システム。

【請求項2】

請求項１に記載の無接点給電システムであって、前記給電台はさらに、
前記送電コイルと受電コイルとの間に異物が存在することを検出する異物検出手段を備え、
前記給電台は、前記異物検出手段により異物の存在が検出されると、前記第二送電要求信号を受信した場合でも、前記第二電流モードに移行しないよう制御してなることを特徴とする無接点給電システム。

【請求項3】

請求項２に記載の無接点給電システムであって、
前記給電台は、前記異物検出手段により異物の存在が検出されると、前記第二送電要求信号を受信した場合でも、前記第一電流モードで送電を行うよう制御してなることを特徴とする無接点給電システム。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか一に記載の無接点給電システムであって、
前記受電量が、電流値であることを特徴とする無接点給電システム。

【請求項5】

請求項１〜３に記載の無接点給電システムであって、
前記受電量が、電力値であることを特徴とする無接点給電システム。

【請求項6】

請求項２に記載の無接点給電システムであって、
前記異物検出手段が、前記受電機器において受電電流値を検出し、該受電電流値に基づいて伝送効率を演算し、該伝送効率を所定の効率閾値と比較して、
伝送効率が効率閾値よりも小さいときに異物が存在すると判定し、
伝送効率が効率閾値よりも大きいときに異物が存在しないと判定することを特徴とする無接点給電システム。

【請求項7】

請求項１〜６のいずれか一に記載の無接点給電システムであって、
前記電気負荷が、二次電池であり、
前記給電台が、前記二次電池を充電する充電台であり、
前記受電機器に対して、前記給電台から無接点で電力を送電して、前記受電側制御手段が、前記受電コイルで受電した受電電力でもって、前記二次電池の充電電流を制御して、該二次電池を充電可能としてなることを特徴とする無接点給電システム。

【請求項8】

請求項１〜７のいずれか一に記載の無接点給電システムであって、
第一目標電流値が、規格化された無接点充電方式に従った電流値であることを特徴とする無接点給電システム。

【請求項9】

請求項８に記載の無接点給電システムであって、
第一目標電流値が、７００ｍＡであり、
第二目標電流値が、９００ｍＡであることを特徴とする無接点給電システム。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか一に記載の無接点給電システムであって、
前記要求信号生成手段は、前記第一送電要求信号と、第二送電要求信号とを時分割で送信可能としてなることを特徴とする無接点給電システム。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれか一に記載の無接点給電システムであって、前記給電台がさらに、
前記送電コイルを、前記受電機器を載置する載置面内で移動させるための移動機構を備えることを特徴とする無接点給電システム。

【請求項12】

請求項１から１０のいずれか一に記載の無接点給電システムであって、
前記給電台が、前記送電コイルを固定式としてなることを特徴とする無接点給電システム。

【請求項13】

給電台に内蔵される送電コイルを介して送電される電力でもって、無接点で駆動可能な受電機器であって、
電気負荷と、
前記電気負荷に送電する電力を受けるため、送電コイルと電磁結合可能な受電コイルと、
前記受電コイルで受電した受電電力でもって、前記電気負荷の駆動を制御する受電側制御手段と、
前記受電機器側で実際に得られた受電値を取得する受電量取得手段と、
前記給電台から受電機器に送電される送電量に関して指示する送電要求信号を生成するための要求信号生成手段と
を備え、
前記要求信号生成手段は、送電要求信号として、
第一目標電流値を定格電流として送電可能な第一電流モードでの送電に必要な第一送電電力を要求する第一送電要求信号と、
前記第一目標電流値よりも大きい第二目標電流値を定格電流として送電可能な第二電流モードでの送電に必要な第二送電電力を要求する第二送電要求信号とを送信可能であることを特徴とする受電機器。

【請求項14】

請求項１３に記載の受電機器であって、
前記給電台で、前記送電コイルと受電コイルとの間に異物が存在することを検出すると、前記第二電流モードに移行しないことを特徴とする受電機器。

【請求項15】

電気負荷を有する受電機器に対し、無接点で電力を送電して駆動可能な給電台であって、
受電機器に内蔵された受電コイルと電磁結合して、該受電機器に送電するための送電コイルと、
受電機器から送信される、前記給電台から受電機器に送電される送電量に関して指示する送電要求信号を受信するための要求信号受信手段と、
前記要求信号受信手段で受信された送電要求信号に基づいて、前記送電コイルから送電する電力量を制御するための電力制御手段と、
を備え、
前記電力制御手段は、
第一目標電流値を定格電流として送電可能な第一電流モードと、
前記第一目標電流値よりも大きい第二目標電流値を定格電流として送電可能な第二電流モードとを、切り替え可能としてなることを特徴とする給電台。

【請求項16】

請求項１５に記載の給電台であって、さらに、
前記送電コイルと受電コイルとの間に異物が存在することを検出する異物検出手段を備えており、
前記異物検出手段により異物の存在が検出されると、前記電力制御手段は、前記第二電流モードでの送電を要求する前記送電要求信号を受信した場合でも、前記第二電流モードに移行しないよう制御してなることを特徴とする給電台。

【請求項17】

電気負荷を有する受電機器に対して、給電台から無接点で電力を送電して駆動する無接点給電方法であって、
前記受電機器の受電コイルを、前記給電台の送電コイルと電磁結合させた状態で、前記送電コイルから前記受電コイルに対して電力を送電する工程と、
前記受電機器が、前記受電コイルで受けた受電電力により、前記電気負荷への送電を開始すると共に、受電値を検出する工程と、
検出された受電値に基づいて、前記給電台から前記受電機器に送電される送電量の増減を指示する送電要求信号を前記給電台に送信する工程と、
前記送電要求信号に従って、電力制御手段が前記送電コイルから前記受電コイルに送電する送電量を調整する工程と
を含み、
前記受電機器は、送電要求信号として、
第一目標電流値を定格電流として送電可能な第一電流モードでの送電に必要な第一送電電力を要求する第一送電要求信号と、
前記第一目標電流値よりも大きい第二目標電流値を定格電流として送電可能な第二電流モードでの送電に必要な第二送電電力を要求する第二送電要求信号と
を併せて前記給電台に送信してなることを特徴とする無接点給電方法。

【請求項18】

請求項１７に記載の無接点給電方法であって、
異物の存在が検出されると、前記給電台が前記第二送電要求信号を受信した場合でも、前記第二電流モードに移行しないよう制御してなることを特徴とする無接点給電方法

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、送電コイルと受電コイルとを電磁結合するように互いに接近して配置し、送電コイルから受電コイルに電磁誘導作用で送電する無接点給電システム、受電機器、給電台、無接点給電方法に関する。

【背景技術】

【0002】

送電コイルを内蔵する給電台に、受電コイルを内蔵する受電機器をセットして、送電コイルから受電コイルに電力搬送する無接点給電方法は開発されている（特許文献１参照）。この無接点給電方法は、例えば図１２に示すように、携帯電話等の受電機器２６０を、無接点の給電台２２０の充電面２２１に載置し、給電台２２０から受電機器２６０に電力を搬送して、受電機器２６０に内蔵される二次電池を充電する。このような無接点送電を実現するために、給電台２２０の送電コイル２５１に、携帯電話の受電コイル２６１を接近させて、送電コイル２５１から受電コイル２６１に送電する。これにより、受電コイル２６１に誘導される電力でもって内蔵電池が充電される。この送電方法は、コネクタを介して携帯電話を給電台に接続する必要がなく、無接点方式で携帯電話に電力搬送できる利点が得られる。

【0003】

ところで近年の受電機器は、大画面化や電池駆動時間の長期化等の要求によって、一層の高出力化が求められており、内蔵される二次電池の容量は大型化される傾向にある。この結果、充電に要する電力も大きくなり、従来と同じ送電電力であれば充電時間が長くなる傾向にある。また一方で、充電時間をできるだけ短くしたいという要求も強く、給電台の高出力化も求められているところである。

【0004】

その一方で、異なる機種や製造元の受電機器でも、共通の充電台でもって充電できるように、無接点給電の方式の規格化が進められている。例えば標準化団体の一であるＷＰＣ（Wireless Power Consortium）では、図１３に示すように受電機器１３５０から給電台１３１０に対して単方向の通信を行いながら、給電台１３１０が受電機器１３５０に電力を供給するための仕様が策定されている。

【0005】

高出力の受電機器を短時間で充電するには、上述の通り給電台を高出力化することが考えられる。そこで、規格に対応させた充電を可能としつつも、規格外の高出力での充電に対応させた受電機器と給電台の組み合わせにおいては、高出力での充電を可能とすることが考えられる。

【0006】

しかしながら、規格外の高出力での給電に対応した電気機器を用意すると、規格外の高出力給電に対応していない給電台に載置した場合には、電気機器から規格値以上の高出力で給電を求められる結果、給電台の電流値が上昇して発熱したり、あるいは該電流値や温度の上昇によって、給電台と受電機器との間に異物が介在していると誤検出されて、給電が停止されてしまうといった問題もあった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００８−１７５６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明の一の目的は、新たな通信のためのハードウェアを追加すること無く、大電流での充電を可能とした無接点給電システム、受電機器、給電台、無接点給電方法を提供することにある。

【0009】

一方、従来の有線接続による充電方式においては、機種や製造元毎に専用の充電器が用意されることが多く、特定の組み合わせでしか利用できないことが一般的である。これに対して、無接点方式の送電においては、端子やコネクタを機械的に接続する必要が無いことから、受電機器と給電台の組み合わせが、特定の機種同士、製造元同士でなくとも利用可能とすることが望まれる。そこで、上述の通り無接点送電に用いる受電機器や給電台の規格化が進められている。例えばＷＰＣでは、図１３に示すように受電機器１３５０から給電台１３１０に対して単方向の通信を行いながら、給電台１３１０が受電機器１３５０に電力を供給するための仕様が策定されている。

【0010】

一方、無接点給電台と受電機器との間に異物が存在すると、異物が発熱することがある。例えば図１４の模式図に示すように、クリップなどの金属製の異物ＦＯ（Foreign Object）が送電コイル４１０３と受電コイル４１０４の間に挿入されると、金属異物に誘導電流が流れてジュール熱で発熱する。そこで、無接点給電台と受電機器との間に異物が載置されていることを検出する異物検出機能を、受電機器に持たせることが考えられる。異物検出機能は、例えば充電効率に基づいて、異物が存在するかどうかを判定する。具体的には、充電に必要な電流の目標値を受電機器から給電台に送信し、給電台から送電され、受電機器で受けた実際の電力と比較することで、充電効率を演算し、これを所定の閾値（異物閾値）と比較し、充電効率が異物閾値よりも低い場合に、異物が存在していると判定する。異物が存在していると受電機器側で判定されると、異物検出信号を送電機器側に送出して、必要な対策を送電機器側で講じる。例えば、送電を中止したり、送電電流を減少させて充電を継続する等の対策が挙げられる。このように、異物検出機能を実現するには、受電機器側のみならず、給電台側でも異物検出機能に対応させておく必要がある。

【0011】

この場合において、例えば異物検出機能を持つ受電機器を、異物検出機能に非対応の給電台にセットして送電しようとした場合は、受電機器側で異物を検出して異物検出信号を給電台に送出しても、給電台側でこの信号を適切に処理できず、結果として異物が存在しても適切な対策が実行されずに、例えば金属製の異物が発熱して高温となることが考えられる。

【0012】

このような場合、給電台側から受電機器に対して送電する送電電流を制限した状態で送電することができれば、異物による発熱を低減できる。しかしながら、上述の通りＷＰＣ規格のような単方向通信では、受電機器側が給電台の種別、すなわち異物検出機能に対応した給電台かどうかを判別できないため、異物検出機能に対応した特定の給電台に対してのみ、送電電流を制限するような制御ができない。

【0013】

このため、すべての給電台に対して一律の制御しかできなくなり、例えば送電電流を高い電流値で制御すると、異物検出機能のない給電台では異物が存在する場合に高温となる可能性があった。また逆に、すべての給電台に対して低い送電電流となるように制御すると、異物が存在した場合でも温度を低く抑制できるために、満充電となるまでの充電時間が長くなるという問題があった。

【0014】

本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明の他の目的は、異物が存在する場合に送電電流を抑制しつつも、異物が存在しない場合には送電電流の抑制を行わずに送電可能とした無接点給電システム、受電機器、給電台、無接点給電方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段及び発明の効果】

【0015】

上記課題を解決するために、本発明の無接点給電システムによれば、電気負荷を有する受電機器と、前記受電機器に送電する給電台とを備え、前記受電機器に対して、前記給電台から無接点で電力を送電して送電可能な無接点給電システムであって、前記受電機器は、前記電気負荷と、前記給電台からの送電を受けるための受電コイルと、前記受電コイルで受電した受電電力でもって、前記電気負荷の駆動を制御する受電側制御手段と、前記受電機器側で実際に得られた受電量を取得する受電量取得手段と、前記給電台から受電機器に送電される送電量に関して指示する送電要求信号を生成するための要求信号生成手段とを備え、前記給電台は、前記受電コイルと電磁結合して送電するための送電コイルと、前記要求信号生成手段で生成された送電要求信号を受信するための要求信号受信手段と、前記要求信号受信手段で受信された送電要求信号に基づいて、前記送電コイルから送電する送電量を制御するための電力制御手段とを備え、前記給電台は、第一目標電流値を定格電流として送電可能な第一電流モードと、前記第一目標電流値よりも大きい第二目標電流値を定格電流として送電可能な第二電流モードとを、前記電力制御手段で切り替え可能としており、前記要求信号生成手段は、送電要求信号として、前記第一電流モードでの送電に必要な第一送電電力を要求する第一送電要求信号と、前記第二電流モードでの送電に必要な第二送電電力を要求する第二送電要求信号とを送信可能とできる。上記構成により、送電エネルギーを大きくして短時間での充電などを実現できる。

【0016】

また本発明の受電機器によれば、給電台に内蔵される送電コイルを介して送電される電力でもって、無接点で駆動可能な受電機器であって、電気負荷と、前記電気負荷に送電する電力を受けるため、送電コイルと電磁結合可能な受電コイルと、前記受電コイルで受電した受電電力でもって、前記電気負荷の駆動を制御する受電側制御手段と、前記受電機器側で実際に得られた受電値を取得する受電量取得手段と、前記給電台から受電機器に送電される送電量に関して指示する送電要求信号を生成するための要求信号生成手段とを備え、前記要求信号生成手段は、送電要求信号として、第一目標電流値を定格電流として送電可能な第一電流モードでの送電に必要な第一送電電力を要求する第一送電要求信号と、前記第一目標電流値よりも大きい第二目標電流値を定格電流として送電可能な第二電流モードでの送電に必要な第二送電電力を要求する第二送電要求信号とを送信可能とできる。上記構成により、送電エネルギーを大きくして短時間での充電などを実現できる。

【0017】

さらに本発明の給電台によれば、電気負荷を有する受電機器に対し、無接点で電力を送電して駆動可能な給電台であって、受電機器に内蔵された受電コイルと電磁結合して、該受電機器に送電するための送電コイルと、受電機器から送信される、前記給電台から受電機器に送電される送電量に関して指示する送電要求信号を受信するための要求信号受信手段と、前記要求信号受信手段で受信された送電要求信号に基づいて、前記送電コイルから送電する電力量を制御するための電力制御手段とを備え、前記電力制御手段は、第一目標電流値を定格電流として送電可能な第一電流モードと、前記第一目標電流値よりも大きい第二目標電流値を定格電流として送電可能な第二電流モードとを、切り替え可能とできる。上記構成により、送電エネルギーを大きくして短時間での充電などを実現できる。

【0018】

さらにまた本発明の無接点給電方法によれば、電気負荷を有する受電機器に対して、給電台から無接点で電力を送電して駆動する無接点給電方法であって、前記受電機器の受電コイルを、前記給電台の送電コイルと電磁結合させた状態で、前記送電コイルから前記受電コイルに対して電力を送電する工程と、前記受電機器が、前記受電コイルで受けた受電電力により、前記電気負荷への送電を開始すると共に、受電値を検出する工程と、検出された受電値に基づいて、前記給電台から前記受電機器に送電される送電量の増減を指示する送電要求信号を前記給電台に送信する工程と、前記送電要求信号に従って、電力制御手段が前記送電コイルから前記受電コイルに送電する送電量を調整する工程とを含み、前記受電機器は、送電要求信号として、第一目標電流値を定格電流として送電可能な第一電流モードでの送電に必要な第一送電電力を要求する第一送電要求信号と、前記第一目標電流値よりも大きい第二目標電流値を定格電流として送電可能な第二電流モードでの送電に必要な第二送電電力を要求する第二送電要求信号とを併せて前記給電台に送信することができる。これにより、送電エネルギーを大きくして短時間での充電などを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】実施の形態１に係る無接点充電システムを示すブロック図である。

【図2】実施の形態２に係る無接点充電システムを示すブロック図である。

【図3】実施の形態３に係る無接点充電システムを示すブロック図である。

【図4】異物検出機能を備える給電台で、給電台判別機能を備える受電機器を送電する様子を示す模式図である。

【図5】異物検出機能を備える給電台で、給電台判別機能の無い受電機器を送電する様子を示す模式図である。

【図6】異物検出機能の無い給電台で、給電台判別機能を備える受電機器を送電する様子を示す模式図である。

【図7】独自制御に対応した給電台で、給電台判別機能を備える受電機器を送電する動作を示すフローチャートである。

【図8】独自制御に対応した受電機器の動作を示すフローチャートである。

【図9】独自制御に対応した給電台の動作を示すフローチャートである。

【図10】標準規格に対応した給電台の動作を示すフローチャートである。

【図11】受電機器が給電台に２種類の送電要求信号を送信するタイミングを示すタイミングチャートである。

【図12】従来の無接点充電台と携帯電話を示す斜視図である。

【図13】無接点充電を行う規格に従った充電台で電池内蔵機器を充電する様子を示す模式図である。

【図14】送電コイルと受電コイルの間に異物が存在する場合を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための無接点給電システム、受電機器、給電台、無接点給電方法を例示するものであって、本発明は無接点給電システム、受電機器、給電台、無接点給電方法を以下のものに特定しない。特に本明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、実施の形態に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、及び「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記しているが、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。

【0021】

本発明の一実施の形態に係る無接点給電システムによれば、前記給電台はさらに、前記送電コイルと受電コイルとの間に異物が存在することを検出する異物検出手段を備えており、前記給電台は、前記異物検出手段により異物の存在が検出されると、前記第二送電要求信号を受信した場合でも、前記第二電流モードに移行しないよう制御することができる。上記構成により、送電エネルギーを大きくして短時間での充電などを実現しつつも、異物検出時には第二電流モードに移行しないことで、安全性を高めることができる。

【0022】

本発明の一実施の形態に係る無接点給電システムによれば、前記給電台は、前記異物検出手段により異物の存在が検出されると、前記第二送電要求信号を受信した場合でも、前記第一電流モードで送電を行うよう制御することができる。上記構成により、送電エネルギーを大きくして短時間での充電などを実現しつつも、異物検出時には送電量を低減することで、安全性を高めることができる。

【0023】

また本発明の他の実施の形態に係る無接点給電システムによれば、前記受電量を、電流値とすることができる。

【0024】

さらに本発明の他の実施の形態に係る無接点給電システムによれば、前記受電量を、電力値とすることができる。

【0025】

さらにまた本発明の他の実施の形態に係る無接点給電システムによれば、前記第一電流モードが、標準化された規格に対応した給電であり、前記第二電流モードが、充電台判別機能に対応した給電であり、前記受電側制御手段は、前記給電台が、前記第二送電要求信号に反応したことを判定して、充電台判別機能対応型と判別し、前記第二送電要求信号に反応せず、前記第一送電要求信号に反応したことを判定して、標準規格対応型と判別するよう構成できる。

【0026】

さらにまた本発明の他の実施の形態に係る無接点給電システムによれば、前記受電側制御手段は、前記給電台から前記第二送電要求信号に応じた第二送電電力を受けたことを検出して、充電台判別機能対応型と判別し、前記第二送電要求信号に反応せず、前記第一送電要求信号に応じた第一送電電力を受けたことを検出して、標準規格対応型と判別するよう構成できる。

【0027】

さらにまた本発明の他の実施の形態に係る無接点給電システムによれば、前記要求信号受信手段で、前記受電機器から前記第二送電要求信号と第一送電要求信号とを受信すると、第二送電要求信号に従い第二送電電力を前記電力制御手段で送電する一方、前記第一送電要求信号を無視するよう構成できる。

【0028】

さらにまた本発明の他の実施の形態に係る無接点給電システムによれば、前記標準化された規格が、ＷＰＣ規格であり、前記第一送電要求信号を、コントロールエラー信号とできる。

【0029】

さらにまた本発明の他の実施の形態に係る無接点給電システムによれば、前記第二送電要求信号を、ＷＰＣ規格のプロプライエタリパケット信号に含まれるヘッダに充電台判別機能の情報を格納したものとできる。

【0030】

さらにまた本発明の他の実施の形態に係る無接点給電システムによれば、前記異物検出手段が、前記受電機器において受電電流値を検出し、該受電電流値に基づいて伝送効率を演算し、該伝送効率を所定の効率閾値と比較して、伝送効率が効率閾値よりも小さいときに異物が存在すると判定し、伝送効率が効率閾値よりも大きいときに異物が存在しないと判定することができる。

【0031】

さらにまた本発明の他の実施の形態に係る無接点給電システムによれば、前記電気負荷が、二次電池であり、前記給電台が、前記二次電池を充電する充電台であり、前記受電機器に対して、前記給電台から無接点で電力を送電して、前記受電側制御手段が、前記受電コイルで受電した受電電力でもって、前記二次電池の充電電流を制御して、該二次電池を充電可能とできる。

【0032】

さらにまた本発明の他の実施の形態に係る無接点給電システムによれば、第一目標電流値を、規格化された無接点充電方式に従った電流値とできる。

【0033】

さらにまた本発明の他の実施の形態に係る無接点給電システムによれば、第一目標電流値を７００ｍＡに、第二目標電流値を９００ｍＡに設定できる。

【0034】

さらにまた本発明の他の実施の形態に係る無接点給電システムによれば、前記要求信号生成手段は、前記第一送電要求信号と、第二送電要求信号とを時分ｄ割で送信可能とできる。

【0035】

さらにまた本発明の他の実施の形態に係る無接点給電システムによれば、前記給電台がさらに、前記送電コイルを、前記受電機器を載置する載置面内で移動させるための移動機構を備えることができる。

【0036】

さらにまた本発明の他の実施の形態に係る無接点給電システムによれば、前記給電台の前記送電コイルを固定式とすることもできる。

【0037】

さらにまた本発明の他の実施の形態に係る受電機器によれば、前記給電台で、前記送電コイルと受電コイルとの間に異物が存在することを検出すると、前記第二電流モードに移行しないようにすることができる。上記構成により、送電エネルギーを大きくして短時間での充電などを実現しつつも、異物検出時にはこれを移行しないようにすることで、安全性を高めることができる。

【0038】

さらにまた、本発明の実施の形態に係る給電台によれば、さらに前記送電コイルと受電コイルとの間に異物が存在することを検出する異物検出手段を備えており、前記異物検出手段により異物の存在が検出されると、前記電力制御手段は、前記第二電流モードでの送電を要求する前記送電要求信号を受信した場合でも、前記第二電流モードに移行しないよう制御することができる。上記構成により、送電エネルギーを大きくして短時間での充電などを実現しつつも、異物検出時にはこれを移行しないようにすることで、安全性を高めることができる。

【0039】

さらにまた、本発明の実施の形態に係る無接点給電方法によれば、異物の存在が検出されると、前記給電台が前記第二送電要求信号を受信した場合でも、前記第二電流モードに行こうしないよう制御することができる。これにより、送電エネルギーを大きくして短時間での充電などを実現しつつも、異物検出時にはこれを移行しないようにすることで、安全性を高めることができる。
（実施の形態１）

【0040】

図１は、本発明の実施の形態１に係る無接点給電システム１００を示すブロック図である。この図に示す給電台１０は、無接点給電方法で受電機器５０に電力搬送する。図では、給電台１０の上に受電機器５０を載せて、給電台１０から受電機器５０に送電する状態を示している。この実施の形態では、給電台１０を充電台とし、受電機器５０を電池内蔵機器として、充電台から電池内蔵機器に送電して、電池内蔵機器の二次電池５２を充電する状態を示している。

【0041】

なお本発明は、給電台を充電台に、あるいは受電機器を電池内蔵機器に、それぞれ特定するものではない。受電機器は例えば、照明器具や充電アダプタ等とすることもでき、給電台から受電機器に送電して、受電機器を電力駆動することができる。例えば受電機器が照明機器の場合は、給電台から送電される電力で光源を点灯し、また受電機器が充電アダプタの場合は、給電台から送電される電力でもって、充電アダプタに接続される電池内蔵機器に電池の充電電力を供給して、電池内蔵機器の電池を充電する。また、受電機器は、パック電池であっても良い。

【0042】

給電台１０は、ケース２０の上面に、受電機器５０を一定の位置にセットして載せる上面プレート２１を設けて、この上面プレート２１の内側に送電コイル１１を配置している。送電コイル１１は、交流電源１２を接続して、交流電源１２を電力制御手段１３で制御している。

【0043】

電力制御手段１３は、受電機器５０から伝送される送電要求信号で交流電源１２を制御して、送電コイル１１に供給する電力を調整する。電力制御手段１３は、要求信号受信手段１４から入力される増加要求信号で交流電源１２から送電コイル１１への出力電力を大きくし、減少要求信号で送電コイル１１への出力を小さくして、受電機器５０から要求された要求電力を送電する。電力制御手段１３は、交流電源１２の出力を最大出力に以下に調整し、あるいはあらかじめ設定している設定電力以下に調整する。電力制御手段１３は、増加要求信号によって交流電源１２の出力を増加させるが、交流電源１２の出力が最大電力に、あるいは設定電力まで増加される状態においては、増加要求信号を検出しても、交流電源１２の出力を増加させない。

【0044】

給電台１０は、送電コイル１１を受電コイル５１に電磁結合して、送電コイル１１から受電コイル５１に電力搬送、すなわち送電する。受電機器５０を上面プレート２１の自由な位置にセットして、二次電池５２を充電する給電台１０は、送電コイル１１を受電コイル５１に接近するように移動させる移動機構１６を内蔵している。この給電台１０は、送電コイル１１をケース２０の上面プレート２１の下に配設して、上面プレート２１に沿って移動機構１６で移動させて、受電コイル５１に接近させる。移動機構１６は、送電コイル１１を上面プレート２１のＸＹ平面内で移動させる。このような移動機構１６には、送電コイル１１をＸＹ方向に移動させるモータ等が利用できる。

【0045】

給電台１０と受電機器５０は、受電機器５０を給電台１０の定位置にセットする位置決め部機構を設けて、受電機器５０を給電台１０の定位置にセットすることができる。位置決め部機構は、受電コイル５１を送電コイル１１に接近させるように、受電機器５０を給電台１０の定位置にセットする。送電コイル１１に接近する受電コイル５１は、電磁誘導作用で送電コイル１１から受電コイル５１に電力搬送して送電する。
（実施の形態２）

【0046】

以上の例では、送電コイル１１を上面プレート２１内面において、移動機構１６で水平面内に移動させる構成を説明した。ただ、送電コイルを固定式とした給電台を利用することもできる。このような例を実施の形態２として、図２に示す。この図に示す無接点給電システム２００は、給電台１０’と受電機器５０で構成される。給電台１０’は、送電コイル１１を受電コイル５１と電磁結合させるための位置決め部機構２２として、給電台１０’の定位置に受電機器５０をセットする嵌合構造を利用している。図２の嵌合構造は、給電台１０’上面に受電機器５０を嵌入する嵌入凹部２３を設けて、嵌入凹部２３に受電機器５０を入れて定位置にセットしている。なお図示しないが、位置決め部機構は、給電台と受電機器との対向面に嵌合構造の凹凸を設けて、受電機器を給電台の定位置にセットすることもできる。嵌合構造は、受電機器の位置ずれを防止できる。

【0047】

送電コイル１１は、上面プレート２１と平行な面で渦巻き状に巻いてなる平面コイルで、上面プレート２１の上方に交流磁束を放射する。この送電コイル１１は、上面プレート２１に直交する交流磁束を上面プレート２１の上方に放射する。送電コイル１１は、交流電源１２から交流電力が供給されて、上面プレート２１の上方に交流磁束を放射する。送電コイル１１は、磁性材からなるコア（図示せず）に線材を巻いてインダクタンスを大きくできる。コアのある送電コイルは、磁束を特定部分に集束して、効率よく電力を受電コイルに伝送できる。ただ、送電コイルは、必ずしもコアを設ける必要はなく、空芯コイルとすることもできる。空芯コイルは軽いので、送電コイルを上面プレートの内面で移動させる構造にあっては、移動機構を簡単にできる。送電コイル１１は、受電コイル５１の外径にほぼ等しくして、受電コイル５１に効率よく電力搬送する。

【0048】

交流電源１２は、電力制御手段１３でもって送電コイル１１に供給する電力が調整されて、たとえば、２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波電力を送電コイル１１に供給する。送電コイル１１を受電コイル５１に接近するように移動させる給電台１０は、交流電源１２を、可撓性のリード線を介して送電コイル１１に接続している。交流電源１２は、発振回路と、この発振回路から出力される交流を電力増幅するパワーアンプとを備える。

【0049】

給電台１０は、送電コイル１１を受電コイル５１に接近させた状態で、交流電源１２で送電コイル１１に交流電力を供給する。送電コイル１１の交流電力は、受電コイル５１に送電されて、二次電池５２を充電する。給電台１０は、二次電池５２が満充電され、あるいは異物検出し、あるいはまた異常判定する状態で、受電機器５０から伝送される信号で送電コイル１１への電力供給を停止して、二次電池５２の充電を停止する。

【0050】

図１と図２の受電機器５０は電池内蔵機器５で、給電台１０の送電コイル１１に電磁結合される受電コイル５１を内蔵している。受電コイル５１に誘導される受電電力で二次電池５２を充電する。したがって、図１の受電機器５０は、二次電池５２と、受電コイル５１と、この受電コイル５１に誘導される交流を直流に変換する整流回路５６と、整流回路５６から出力される直流で二次電池５２を充電する充電電流や電圧を調整する受電側制御手段５３と、受電機器５０の情報信号を給電台１０に伝送する伝送回路５４と、整流回路５６の出力から受電電力の受電量を検出する受電量取得手段５８と、この受電量取得手段５８で検出された受電量を、二次電池５２を充電するために必要な電力である要求電力に比較して送電要求信号を生成する要求信号生成手段５７を備える。

【0051】

二次電池５２は、リチウムイオン電池又はリチウムポリマー電池である。ただし、電池は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池などの充電できる全ての電池とすることができる。受電機器５０は、１個ないし複数の二次電池５２を内蔵している。複数の二次電池５２は、直列又は並列に接続され、あるいは直列と並列に接続される。

【0052】

整流回路５６は、受電コイル５１に誘導される交流をダイオードブリッジで全波整流して脈流を平滑コンデンサで平滑化する。整流回路は、ダイオードブリッジで交流を整流するが、整流回路には、ＦＥＴをブリッジに接続して、交流に同期してＦＥＴをオンオフに切り換えて整流する同期整流回路も使用できる。ＦＥＴの同期整流回路はオン抵抗が小さく、整流回路の発熱を少なくして、受電機器５０のケース内温度の上昇を少なくできる。また、平滑コンデンサは必ずしも必要でなく、ダイオードブリッジや同期整流回路の出力で電池を充電することもできる。

【0053】

受電側制御手段５３は、リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池等を定電圧・定電流充電し、またニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池を定電流充電する。さらに、受電側制御手段５３は、二次電池５２の満充電を検出して、満充電信号を伝送回路５４を介して給電台１０に伝送する。給電台１０は、伝送回路５４から伝送される満充電信号や受電機器５０の情報信号を要求信号受信手段１４で検出する。給電台１０は、受電機器５０からの情報信号を検出し、電力制御手段１３で交流電源１２を制御する。給電台１０は、満充電信号を検出すると、送電コイル１１への電力供給を停止させる。
（実施の形態３）

【0054】

なお、図１や図２の例では受電側制御手段として充電制御手段を用いて、二次電池５２を充電させる例を説明した。ただ本発明は、受電した電力を二次電池の充電に利用する例に限られず、受電機器の電気負荷を駆動させる電力として利用することもできる。このような無接点給電システムの例を、実施の形態３として図３に示す。この図に示す無接点給電システム３００では、受電機器５０が、受電側制御手段として充電制御手段に代えて電気負荷を駆動する電力を供給する負荷駆動制御手段５３Ｂを備えている。他の部材は、上述した実施の形態１や２と同様の構成が利用できる。負荷駆動制御手段５３Ｂは、受電機器５０の電気負荷ＬＤを駆動する電力に変換する。受電機器５０の電気負荷には、例えば携帯電話やキッチン用品、照明装置等が利用できる。このようにして、受電した電力を二次電池の充電以外に、電気負荷の駆動電力に直接利用することもできる。なお、電気負荷として二次電池を利用すれば上述した実施の形態１や２の構成となる。また、受電した電力を電気負荷の駆動と二次電池の充電の両方に利用する構成も採用できる。
（伝送回路５４）

【0055】

伝送回路５４は、受電機器５０から給電台１０に、給電台１０の出力を増加又は減少するための増加要求信号と減少要求信号からなる送電要求信号、二次電池５２の満充電信号、充電している二次電池５２の電圧、充電電流、電池温度、電池のシリアル番号、電池の充電電流を特定する許容充電電流、電池の充電をコントロールする許容温度等の電池情報などの種々の情報信号を給電台１０に伝送する。伝送回路５４は、受電コイル５１の負荷インピーダンスを変化させて、送電コイル１１に種々の情報信号を伝送する。この伝送回路５４は、図示しないが、受電コイル５１に変調回路を接続している。変調回路は、コンデンサや抵抗等の負荷とスイッチング素子とを直列に接続して、スイッチング素子のオンオフを制御して種々の情報信号を給電台１０に伝送する。

【0056】

給電台１０の要求信号受信手段１４は、送電コイル１１のインピーダンス変化、電圧変化、電流変化等を検出して、伝送回路５４から伝送される情報信号を検出する。受電コイル５１の負荷インピーダンスが変化すると、これに電磁結合している送電コイル１１のインピーダンスや電圧や電流が変化するので、要求信号受信手段１４は、これ等の変化を検出して、受電機器５０の情報信号を検出することができる。

【0057】

ただし、伝送回路は、搬送波を変調して伝送する回路、すなわち送信機とすることもできる。この伝送回路から伝送される情報信号の要求信号受信手段は、搬送波を受信して、情報信号を検出する受信器である。伝送回路と要求信号受信手段とは、受電機器から給電台に情報信号を伝送できる全ての回路構成とすることができる。
（受電量取得手段５８）

【0058】

受電量取得手段５８は、所定の周期で、整流回路５６から出力される受電電力の受電量を取得する。また要求信号生成手段５７は、受電量を要求電力と比較して送電要求信号を生成する。さらに受電機器は、送電要求信号に基づいて異物検出を判定する判定機能を備えることもできる。また異物検出の判定は受電機器側でなく、給電台側で行うこともできる。この場合は、例えば受電機器側から給電台に二次電池の電圧と充電電流を通知し、給電台側で送電電力と比較して、伝送効率が基準値よりも低い場合は異物が存在すると判断し、送電を停止する。
（要求信号生成手段５７）

【0059】

要求信号生成手段５７は、整流回路５６の出力電圧と電流の積から受電電力の受電量を受電量取得手段５８でもって検出し、検出された受電電力の受電量を要求電力に比較して送電要求信号を生成し、出力する。受電量取得手段５８は、二次電池５２を充電するために必要な電力を要求電力として検出する。この受電量取得手段５８は、二次電池５２の種類、電池電圧、充電する電流等を検出して、二次電池５２を充電するために必要な電力、すなわち要求電力を検出する。リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池は、定電圧・定電流特性で充電されるので、二次電池５２が満充電に近づくに従って充電電流は減少する。したがって、二次電池５２が満充電に近づくにしたがって要求電力を小さくする。図１と図２の例では、受電機器５０を電池内蔵機器として、消費電力で二次電池５２を充電する。この受電機器５０は、要求電力を二次電池５２の充電電力とするが、受電機器は必ずしも電池内蔵機器には限定しない。電池内蔵機器でない受電機器は、要求電力を負荷の消費電力や定格電力として検出する。

【0060】

送電要求信号は、給電台１０の出力を増加させる増加要求信号と、出力を小さくする減少要求信号である。要求信号生成手段５７は、受電量が要求電力よりも小さいことを検出して増加要求信号を出力し、受電量が要求電力よりも大きいことを検出して減少要求信号を出力する。また要求信号生成手段５７は、電気負荷に最適な電力を供給できるように、受電量を要求電力に比較して、増加要求信号又は減少要求信号からなる送電要求信号を出力する。

【0061】

ここで、給電台１０が受電機器５０に電力伝送制御を行う様子を、図４のブロック図に基づいて説明する。この図に示す給電台１０は、受電コイル５１と電磁結合して送電するための送電コイル１１と、要求信号生成手段５７から送信される送電要求信号を受信するための要求信号受信手段１４と、要求信号受信手段１４で受信された送電要求信号に基づいて、送電コイル１１から送電する送電量を制御するための電力制御手段１３とを備える。
（受電機器５０）

【0062】

一方、受電機器５０は、受電コイル５１と、電気負荷ＬＤと、受電量取得手段５８と、要求信号生成手段５７とを備える。電気負荷ＬＤは、例えば二次電池５２と、これを充電する充電電流を制御する受電側制御手段５３とで構成される。受電量取得手段５８は、受電機器５０側で実際に得られた受電値を検出する。要求信号生成手段５７は、受電量取得手段５８で検出された受電値に基づいて、給電台１０から受電機器５０に送電される送電量に関して指示する送電要求信号を、給電台１０側に送信する。この要求信号生成手段５７は、図１、図２で示した伝送回路５４が利用できる。また図４の例では、受電量取得手段５８と要求信号生成手段５７とを別部材としているが、これらを一のＩＣなどで構成することもできる。なお送電要求信号は、要求信号生成手段５７の指示により受電コイル５１を介して給電台１０側に送信される。
（受電側制御手段５３）

【0063】

図４に示す受電機器５０の受電側制御手段５３は、電気負荷ＬＤに対して、第一電流値を定格電流として送電可能な第一電流モードと、第一電流値よりも大きい第二電流値を定格電流として送電可能な第二電流モードを切り替え可能としている。
（要求信号生成手段５７）

【0064】

要求信号生成手段５７は、受電量取得手段５８で検出された受電値値を所定値と比較し、この所定値よりも低い場合は、送電電力を増加するように指示する電力増加要求信号を、送電要求信号として給電台１０に送信する。一方、この所定値よりも高い場合は、送電電力を低減するように指示する電力減少要求信号を、送電要求信号として給電台１０に送信する。これによって実際に送電される送電電力に応じた適切な充電が可能となる。このような送電要求信号は、規格化された信号が好適に利用でき、例えばＱｉ規格の場合は、５Ｗ用の制御誤差（Control Error：ＣＥ）信号を利用できる。これにより、Ｑｉ規格に従った二次電池の充電が可能となる。

【0065】

また要求信号生成手段５７は、第一電流モードと第二電流モードに応じて、送電要求信号として、第一電流モードでの送電に必要な第一送電電力を要求する第一送電要求信号と、第二電流モードでの送電に必要な第二送電電力を要求する第二送電要求信号とを送信可能としている。例えば電気負荷ＬＤへの送電として、二次電池への充電をＱｉ規格、及びこれよりも高出力で充電可能な独自制御で行う場合を考える。第一電流モードでの充電時は、第一電流値を７００ｍＡとして、この電流以下で充電する。また、二次電池が所定電圧となるよう充電することもできる。所定電圧は、例えばＱｉ規格の低電力仕様（Volume I: Low Power）に従えば、５Ｗが定格のため、約７Ｖとなる。また第二電流モードの場合は、第二電流値を９００ｍＡとして二次電池が所定電圧となるように充電する。

【0066】

要求信号生成手段５７は、給電台１０に対して第一送電要求信号と第二送電要求信号とを同時に送出する。好ましくは、図１１に示すように第一送電要求信号と第二送電要求信号とを時分割で送信する。これにより、一の要求信号生成手段５７でもって二種類の送電要求信号を送信できるので、それぞれの送電要求信号を送出する送信機を個別に用意すること無く、送信機構を共通化して構成の簡素化を図ることができる。第一送電要求信号と第二送電要求信号とは、例えば２５０ｍｓ毎に更新される。
（電力制御手段１３）

【0067】

一方、給電台１０は、要求信号受信手段１４で第一送電要求信号を受けた場合には、第一送電電力で受電機器５０に送電する。また第二送電要求信号を受けた場合には、第二送電電力を送電する。これら送電電力の切り替えは、電力制御手段１３で行われる。ここで第一送電電力をＱｉ規格に対応させた５Ｗとする。

【0068】

上述の通り、受電機器５０の要求信号生成手段５７は、図１１に示すように常時、第二送電要求信号と第一送電要求信号とを併せて送出している。そして給電台１０が、第二送電電力に対応している場合は、要求信号受信手段１４が第二送電要求信号と第一送電要求信号とを受信すると、第二送電要求信号に従い第二送電電力を電力制御手段１３で送電する一方、第一送電要求信号を無視する。このようにすることで、より高出力の第二電流モードでの送電が可能となる。

【0069】

一方、給電台１０又は受電機器５０の一方又は両方が、このような第二電流モードでの送電に対応していない場合でも、第一電流モードでの送電を可能として、安全に利用することが可能となる。またこの方式であれば、既存の無接点充電に容易に適用できるため、新たな部材を追加すること無く安価に実装できる利点も得られる。
（第一送電要求信号）

【0070】

第一送電要求信号は、規格化された送電要求信号とできる。このような送電要求信号は、目標とする値と差がある場合に、この差を低減するように、給電台からの出力を増加、減少させるための信号である。例えばＱｉ規格の場合は、５Ｗ用の制御誤差（コントロールエラー）信号を利用できる。これにより、Ｑｉ規格に従った二次電池の充電が可能となる。
（給電台判別手段５９）

【0071】

さらに図４に示す受電機器５０は、給電台１０の種別を判定する給電台判別手段５９を備えている。もし受電機器と給電台との通信を双方向で行う機能を備えておれば、通信によって互いの種別を判定することが可能となる。一方、給電台から受電機器に対して通信が無い場合は、受電機器側で給電台の種別を認識することはできない。例えば無接点充電の規格として普及している、ＷＰＣ（Wireless Power Consortium）により策定されたＱｉ規格の低電力仕様の規格書（Volume I: Low Power）によれば、受電機器から給電台への通信を行うことは規定されているものの、給電台から受電機器側への通信は規定されていない。この結果、ＷＰＣ規格に準拠した受電機器側では、どのような給電台でもって送電されているのかを知ることができなかった。特に、ＷＰＣ１．０のような標準規格でない、独自の規格に基づいた機能、例えば異物検出機能や大電流による充電などに対応させた受電機器を、このような充電台判別機能に非対応の給電台と混在させる場合は、給電台が充電台判別機能に対応しているか否かを受電機器側で把握しておく必要がある。

【0072】

そこで、受電機器５０から給電台１０に対して送電要求信号を送信し、これに対して充電機器から送出される電力でもって、給電台１０が充電台判別機能に対応したものか否かを受電機器５０側で判別する給電台判別機能を、受電機器５０側に持たせている。図４の例では、受電機器５０の給電台判別手段５９が、給電台１０に対して標準規格と充電台判別機能に対応したの二種類の送電要求信号を送出して、いずれの信号に反応するかを判別することで持って給電台１０の機能を判別している。具体的には受電機器５０から給電台１０に対し、電流の目標値が異なる２種類の送電要求信号を送信して、給電台１０がいずれの送電要求信号に反応するかを判別することで、給電台１０を判別する。ここでは、標準規格に準拠した第一目標電流値を定格電流として送電を行う第一電流モードでの送電に必要な電流を、給電台１０側に要求する第一送電要求信号と、充電台判別機能に対応して、第一目標電流値よりも大きい第二目標電流値を定格電流として送電を行う第二電流モードでの送電に必要な電流を給電台１０側に要求する第二送電要求信号とを生成して送信する。そして給電台１０が、これら第一送電要求信号、第二送電要求信号のいずれに反応するかを、受電機器５０側で判別することで、第一目標電流値又は第二電流目標値のいずれかを決定する。

【0073】

このように受電機器５０側から、標準規格に従った第一送電要求信号に加えて、充電台判別機能に対応した第二送電要求信号も送出する場合、給電台１０側では、第二送電要求信号を受信できる場合は、第一送電要求信号を無視する、あるいは該信号で規定された処理を行わないようにする。この結果、充電台判別機能に対応した受電機器と給電台の組み合わせにおいては、給電台が第二送電要求信号が受け取ると、標準規格に対応した第一送電要求信号を実行しないので、充電台判別機能に従った高出力対応の送電のみが実行される。一方で、標準規格のみに対応した給電台の場合は、第一送電要求信号を解釈でき、これに応じた送電を行う一方、充電台判別機能に非対応のため第二送電要求信号を処理できず、結果として標準規格の送電のみが実行される。

【0074】

この方式であれば、給電台が標準規格のみに対応した場合、標準規格と充電台判別機能の両方に対応した場合のいずれであっても、それぞれの送電方法で適切に送電できる。しかも、給電台側から受電機器側への通信のための設備といった、新たな部材を追加する必要が無く、既存の受電機器側から給電台側への通信のみを行えば足りるので、既存の設備への適用も容易となり、安価に実装できる利点が得られる。

【0075】

なお、この例では標準規格として、異物検出機能を備えないＷＰＣ１．０を採用し、一方独自制御として、異物検出機能と、大電流での充電機能を実装した無接点充電方式について説明する。ただ本発明は、独自制御として、異物検出機能又は大電流充電機能のいずれか一方のみを実装させることもできる。またはこれらに代わって、あるいはこれらに加えて、例えば５Ｗ以上の高出力での充電など、他の機能を持たせることもできる。
（異物検出手段１５Ｂ）

【0076】

一方給電台１０は、給電台１０と受電機器５０との間に金属製の異物が介在していないかどうかを判定するための異物検出手段１５Ｂを備えている。具体的には、給電台１０は送電効率を演算すると共に、この送電効率を、予め設置された所定の閾値と比較する。そして演算された送電効率と所定の閾値との差が小さいときには、いいかえると送電効率が低いときには、異物が挿入されている可能性が高いと異物検出手段１５Ｂで判定する。この場合は、目標電流を第一目標電流に切り替えて、送電電流を制限するような制御を行う。これにより、送電電流を抑えて異物の発熱を低減できる。またこの給電台１０Ｂは、図５に示すように、独自制御に非対応の受電機器５０Ａをセットしても、適切な送電を行うことができる。

【0077】

一方で、給電台１０Ａが充電台判別機能に非対応で、例えばＷＰＣ１．０に準拠したものであるなど、異物検出手段を備えない場合は、図６に示すように、充電台判別機能に対応した受電機器５０Ｂをセットしても、この受電機器５０Ｂから送信される第二送電要求信号を解釈できないため、第二目標電流に電流を増して送電されることはなく、常時第一目標電流で送電されることとなる。よって、当初から電流値を抑えた第一目標電流で送電される結果、仮に異物が存在しても、発熱量が抑えられることとなる。このように、この受電機器を、異物検出機能を備える給電台１０Ｂに載置した場合、又は異物検出機能を備えない給電台１０Ａに載置した場合のいずれでも、異物による発熱を抑制できる利点が得られる。

【0078】

なおＷＰＣにおいても、ＷＰＣ１．１では異物検出（Foreign Object Detection：ＦＯＤ）機能が採用されている。ただ、ＷＰＣ１．０ではＦＯＤ機能は採用されておらず、現状ではＷＰＣ１．０仕様に準拠した製品が多数であり、ＦＯＤ機能を備えるＷＰＣ１．１仕様に準拠した製品は殆ど存在していない。このような実情に鑑み、多く普及しているＦＯＤ機能を備えていないＷＰＣ１．０仕様の給電台と受電機器を組み合わせる場合に、本発明は有益となる。

【0079】

このように本実施の形態によれば、大電流での送電を可能として、急速充電等を可能とする一方で、異物が存在する場合には送電電流値を制限して、異物による温度上昇を抑え、安全性を高めることも可能となる。以下、このような動作を図７〜図１０のフローチャートに基づいて説明する。
（独自制御に対応した給電台と受電機器による送電）

【0080】

図７のフローチャートは、いずれも充電台判別機能に対応した給電台１０と受電機器５０の無接点送電における動作を示している。また図８のフローチャートは充電台判別機能に対応した給電台１０の動作を、図９は充電台判別機能に対応した受電機器の動作を、図１０は充電台判別機能に非対応の、標準規格にのみ準拠した受電機器の動作を、それぞれ示している。まず、図７のフローチャートに従い、全体の動作の流れを説明する。ここでは、給電台１０として充電台を、受電機器５０としてスマートフォンを使用し、スマートフォンに装着された電池パックを充電台で無接点充電する場合について説明する。

【0081】

まずステップＳ７０１において、受電機器５０を給電台１０にセットして、給電台１０の送電コイルと受電機器５０の受電コイルとを電磁結合させた状態で、第一目標電流での送電を開始する。ここでは、受電機器５０側から給電台１０に対して充電開始のための第一送電要求信号を送出する。第一目標電流としては、例えばＷＰＣ規格に従った７００ｍＡに設定される。

【0082】

次にステップＳ７０２において、受電機器５０が送電開始から予め設定された一定時間を経過したかどうかを判定し、未だの場合はステップＳ７０２を繰り返し、経過した場合はステップＳ７０３に進む。なお、このステップは省略することもできる。

【0083】

次にステップＳ７０３において、受電機器５０側から給電台１０に対し、複数の送電要求信号の送信を開始する。ここでは、第一送電要求信号と第二送電要求信号の２種類の送電要求信号を、受電機器５０の要求信号生成手段５７で生成して、給電台１０に送信する。このような送信は、上述の通り送電コイルと電磁結合された受電コイルの負荷インピーダンスを変化させる等の変調によって、別途通信手段を設けることなく給電台側に送出できる。給電台側では、要求信号受信手段でもって送電要求信号を解析する。

【0084】

第一送電要求信号は、標準規格に準拠した送電要求信号とする。ここでは標準規格としてＷＰＣで規格化されたＱｉ規格に準拠した制御誤差（コントロールエラー値（Control Error：ＣＥ））を送信する。コントロールエラー値とは、給電台１０の出力制御のため、受電機器５０側から給電台１０側に送信される出力増加要求又は出力減少要求信号である。また第二送電要求信号は、メーカが独自に規定することのできる、制御信号や情報信号等の信号を利用できる。例えば第二送電要求信号を、ＷＰＣ規格に準拠したプロプライエタリパケット（Proprietary Packet）信号を利用した充電台判別機能のコントロールエラー値とする。この場合は、ＷＰＣ規格での通信に使用するパケットのヘッダにプロプライエタリパケット（Proprietary Packet）として、任意に規定可能な情報を付加できるため、これを利用して給電台１０を判別することにより、給電台に応じた電流値にて送電制御が実現できる。

【0085】

さらに、これら２種類の送電要求信号は、時分割で送信する。例えば図１１のタイミングチャートに示すように、所定の時間毎に交互にＷＰＣ＿ＣＥと独自ＣＥとを送信する。ここでは、独自制御のＣＥとＷＰＣのＣＥとを同時に送る期間と、ＷＰＣのＣＥのみを送る期間とを交互に繰り返している。これにより、ＷＰＣのＣＥは常時送出されることとなり、ＷＰＣ準拠の給電台はＷＰＣのＣＥを受信して、ＷＰＣ規格に沿った制御を行う。一方、充電台判別機能に対応した給電台は、独自制御ＣＥを受信すると、充電台判別機能の動作モード（第二電流モード）に切り替えられ、以降はＷＰＣのＣＥを受信しても、これを無視し、独自制御のＣＥのみを受信する。ただし、所定時間内にＷＰＣのＣＥを２回以上受信しないと、第二電流モードを解除して第一電流モード、すなわちＷＰＣに準拠した動作モードに移行する。なおこの例では、ＷＰＣにおけるＣＥ値に従って２５０ｍｓ毎に送電要求信号を切り替えているが、切り替えタイミングは任意のタイミングとできる。

【0086】

次に図７のステップＳ７０４において、複数の送電要求信号の送信時間が、予め設定された所定の時間だけ経過したかどうかを判定し、未だの場合はステップＳ７０３に戻って送信を継続し、経過した場合はステップＳ７０５に進む。ここでは、１０秒間に設定しているが、任意の時間に設定できることはいうまでもない。

【0087】

次にステップＳ７０５において、独自制御対応の受電機器と給電台の組み合わせかどうかを判定する。ここでは、セットされた受電機器５０の種別を、給電台１０側で判定している。つまり給電台１０は、標準規格に準拠した受電機器か、充電台判別機能の受電機器かを、受電機器から送られるＣＥに基づいて判別している。すなわち、充電台判別機能のＣＥを給電台１０が受信すれば、充電台判別機能対応の受電機器であると判別する一方で、充電台判別機能のＣＥを給電台１０が受信せず、代わりに標準規格のＣＥのみを受信すれば、標準規格に準拠した受電機器であると、給電側検出回路１５でもって判定する。また給電側検出回路１５は、一度でも充電台判別機能のＣＥを受信すれば直ちに独自制御対応の受電機器と判定する構成に限られず、上述の通り所定時間内に独自制御のＣＥを所定回数以上受信した場合に、充電台判別機能対応の受電機器と判定し、そうでない場合は充電台判別機能非対応、すなわち標準規格準拠の受電機器と判定することが好ましい。これによってノイズなどに起因する誤検出を回避できる。例えば給電側検出回路１５は、１０秒間に充電台判別機能のＣＥを２回以上受信すれば充電台判別機能対応の受電機器と判定し、そうでなければ標準規格準拠の受電機器と判定する。このように給電側検出回路１５は、受電機器判別手段１５Ａとして機能する。なおステップＳ７０４とステップＳ７０５とを同時に行うこともできる。

【0088】

このようにして充電台判別機能対応の受電機器と給電台の組み合わせであることが確認されると、ステップＳ７０６に進み、そうでない場合はステップＳ７１３に進む。また、給電台が充電台判別機能非対応の、標準規格準拠である場合は、そもそも受電機器の判別機能を備えていないため、このような処理は存在せず、受電機器の種別に拘わらずステップＳ７１３に進む。ステップＳ７１３においては、ＷＰＣに準拠した無接点充電の制御が実行される。すなわち、ＷＰＣ＿ＣＥに従って給電台側で出力制御を行い、ステップＳ７１５に進んで第一送電電流（ここでは７００ｍＡ）に設定して、通常の無接点送電制御を行う。

【0089】

一方で、充電台判別機能の給電台と受電機器の組み合わせであることが確認された場合は、次に異物判定を行う。具体的には、まずステップＳ７０６において、効率と異物閾値の差が所定値以上かどうかを給電台１０側で判定する。所定値以下の場合は、効率が悪い、すなわち異物が存在すると判定してステップＳ７１３に進み、目標電流を第一送電電流に設定した無接点充電を維持する。ここでは、効率を６２％に設定し、さらに所定値を５％に設定している。

【0090】

一方、差が所定値以上の場合は、ステップＳ７０７に進み、給電台１０側で充電台判別機能のＣＥに従った出力制御を行う。ここでは、ＷＰＣ＿ＣＥに９００ｍＡ制御のコントロールエラー値を出力することで、目標電流値を切り替える。次に、ステップＳ７０８に進み、充電台判別機能に対応していれば、充電電流が安定するであろう状態まで待機する。具体的には、まずステップＳ７０８において、所定の時間経過したか否かを判定し、未だの場合はステップＳ７０８の処理を繰り返す。そして所定時間（例えば１０ｓ）を経過すると、ステップＳ７０９に進み、送電電流が予め設定された所定値よりも大きく変化しているか否かを受電機器５０の給電台判別手段５９で判定する。変化している場合は、ステップＳ７１１に進み、電流値の変化に給電台１０側が追随している、すなわち給電台１０が独自制御に対応していると受電機器５０側で判定して、さらにステップＳ７１２に進み、受電機器５０は目標電流を第一目標送電電流よりも大きい第二目標送電電流（例えば９００ｍＡ）に設定して、大電流での無接点送電制御を行う。

【0091】

一方、ステップＳ７０９において送電電流の変化が所定値に満たないと判定されると、ステップＳ７１０に進み、さらに所定の時間経過するまで判定を継続する。すなわち、所定の時間（例えば１５ｓ）経過していなければステップＳ７０９に戻って送電電流の変化量を判定する処理を繰り返す。そして所定の時間経過後も送電電流の変化量が所定値に満たない場合は、ステップＳ７１４に進み、給電台１０が独自制御に非対応の給電台であると受電機器５０側で判定する。そしてステップＳ７１５において、受電機器５０は第一目標送電電流（この例では７００ｍＡ）に設定して、送電制御を行う。

【0092】

以上のようにして、共に充電台判別機能に対応した給電台と受電機器とを組み合わせた無接点給電システムにおいて、大電流での送電を実現しつつも、異物検出機能も付加して、異物が存在する場合には送電電流を減少させてより安全に送電を行うことが可能となる。

【0093】

なお、この例では大電流で送電を行う第二電流モードとして、通常の定格充電電流である７００ｍＡを９００ｍＡに増やす例を説明した。この９００ｍＡでの充電は、ＷＰＣに準じた充電方式である。ただ、本発明はこのような、第二充電電流をＷＰＣ規格等の標準規格に準じた充電に限られず、規格外の充電電流とすることもできる。
（受電機器側の送電動作）

【0094】

この受電機器は、大電流送電機能を備えた給電台と組み合わせることで、例えばパック電池の充電時間の短縮を図るなど、独自制御に対応させている。またこの受電機器５０Ｂは、図６に示すように、独自制御に基づいた大電流送電機能を備えない、いいかえると独自制御に非対応で標準規格のみに対応した給電台１０Ａにセットしても、正しく送電を受けることが可能となる。以下、受電機器５０Ｂ側の送電動作を、図８のフローチャートに基づいて説明する。各ステップの番号は、図７のフローチャートで対応するステップの番号と一致させており、詳細説明は適宜省略する。

【0095】

まずステップＳ８０１において、受電機器５０側から給電台１０に対して充電開始を要求する。これは上述したステップＳ７０１と同じであり、ここでは第一送電要求信号を送出し、第一目標電流として７００ｍＡに設定している。

【0096】

次にステップＳ８０２において、ステップＳ７０２と同様、送電開始から一定時間を経過したかどうかを判定し、未だの場合はステップＳ８０２を繰り返し、経過した場合はステップＳ８０３に進む。

【0097】

次にステップＳ８０３において、受電機器５０側から給電台１０に対し、第一送電要求信号と第二送電要求信号を一定時間（例えば１０ｓ）送信する。このステップも、上述したステップＳ７０３と同じである。

【0098】

続くステップでは、まずステップＳ８０４において、所定時間（例えば１０ｓ）経過したかどうかを判定し、未だの場合はステップＳ８０４の処理を繰り返す。

【0099】

そして所定時間を経過すると、ステップＳ８０９において、電流値の変化に給電台１０側が追随しているか否かに基づいて、給電台１０が充電台判別機能に対応しているか否かを給電台判別手段５９で判定する。ここでは、送電電流が予め設定された所定値よりも大きく変化しているか否かを調べ、変化している場合は、給電台が送電電流を変化させている、すなわち充電台判別機能に対応していると判定して（ステップＳ８１１）、目標電流を第二目標送電電流（例えば９００ｍＡ）に設定して、大電流での無接点送電制御を行う（ステップＳ８１２）。

【0100】

一方、送電電流の変化が所定値に満たないと判定されると、ステップＳ８１０に進み、さらに所定の時間（例えば１５ｓ）経過するまでステップＳ８０９の判定を繰り返し、該所定の時間経過後も送電電流の変化量が所定値に満たない場合は、給電台が充電台判別機能に非対応の給電台であると判定し（ステップＳ８１４）、第一目標送電電流に設定して、送電制御を行う（ステップＳ８１５）。

【0101】

以上のようにして、受電機器は、充電台判別機能に対応した給電台に対しては大きな送電電流を要求でき、非対応の場合は標準規格に準じた送電電流を要求して、いずれの場合も適切な送電を行うことが可能となる。
（給電台側の送電動作）

【0102】

一方で、この給電台１０Ｂは、受電機器が充電台判別機能に対応している場合に限られず、図５に示すように、受電機器５０Ａが充電台判別機能に非対応の場合でも、充電台判別機能対応の給電台１０Ｂ側で受電機器の種別に応じて適切な送電を行うことができる。以下、給電台１０側の動作を、図９に基づいて説明する。ここでも、各ステップの番号は、図７のフローチャートで対応するステップの番号と一致させており、詳細説明は適宜省略する。また、図９の例では受電機器５０が充電台判別機能に対応している場合を説明している。

【0103】

まずステップＳ９０１において、受電機器５０側から給電台１０に対して第一目標電流での送電を開始するよう要求したことを受けて、給電台１０側から受電機器５０側への送電を開始する。これは上述したステップＳ７０１と同じであり、ここでは受電機器５０から、第一目標電流として７００ｍＡに設定した第一送電要求信号、すなわちＷＰＣのＣＥを受けて、送電コイルから、これと電磁結合された受電コイルに対して送電を開始する。

【0104】

次にステップＳ９０５において、充電台判別機能対応の受電機器と給電台の組み合わせかどうかを判定する。ここでは、受電機器が独自制御対応かどうかを給電台側で判定している。具体的には、充電台判別機能に対応した受電機器側から送信される２種類の送電要求信号を、給電台１０で受ける。図４に示す例では、給電台１０も充電台判別機能に対応しているため、充電台判別機能に従った第二送電要求信号を正しく受信処理することができる。すなわち受電機器５０が独自制御対応であることを給電台１０側で把握すると共に、例えば第二送電要求信号を受信している間は第一送電要求信号を無視する等、充電台判別機能に従った処理が可能となる。

【0105】

一方、給電台１０Ａが図６に示すように充電台判別機能に対応していない場合は、第二送電要求信号を受信しても解釈できないので、第一送電要求信号であるＷＰＣのＣＥのみを受信し、ステップＳ９１３において、該ＷＰＣのＣＥに従った出力制御を行う。なお、受電機器側が充電台判別機能非対応の場合は、ステップＳ９０５自体が存在しないことになる。

【0106】

このようにして充電台判別機能対応の受電機器と給電台の組み合わせであることが確認されると、ステップＳ９０６に進み、異物判定を行う。ここでは、効率と異物閾値の差が所定値以上かどうかを給電台１０側で判定する。所定値以下の場合は、効率が悪い、すなわち異物が存在すると判定してステップＳ９１３に進む。ここでは、効率を６２％に設定し、さらに所定値を５％に設定している。

【0107】

一方、差が所定値以上の場合は、ステップＳ９０７に進み、給電台１０側で充電台判別機能のＣＥに従った出力制御を行う。さらにステップＳ９０８に進み、所定の時間経過したか否かを判定し、未だの場合はステップＳ９０８の処理を繰り返す。そして所定時間（例えば１０ｓ）を経過すると、ステップＳ９１３に進み、ＷＰＣのＣＥに従った出力制御を行う。

【0108】

以上のようにして、充電台判別機能に対応した給電台はセットされた受電機器が充電台判別機能対応型かどうかを判別し、また異物検出を行うことができる。

【0109】

なお受電機器を、このような充電台判別機能に対応した給電台のみならず、図６に示すように充電台判別機能非対応の給電台１０Ａにセットした場合でも送電できる。この場合の給電台の動作を、図１０のフローチャートに示す。この給電台１０Ａは充電台判別機能非対応の、標準規格に準拠した給電台であり、まずステップＳ１００１において、受電機器５０Ｂから送出される送電要求信号であるＷＰＣのＣＥに従い、送電を開始する。給電台１０ＡはこのＷＰＣ＿ＣＥ信号を受信して（ステップＳ１００５）、これに従って出力制御を行う（ステップＳ１０１３）。なお、受電機器１０Ｂが充電台判別機能対応型の場合は、ステップＳ１００５において給電台１０Ａに対し、ＷＰＣ＿ＣＥのみならず充電台判別機能ＣＥも送信されるが、給電台１０Ａは充電台判別機能非対応のため、充電台判別機能ＣＥを解釈できず、ＷＰＣ＿ＣＥのみを受信処理して出力制御する。一方で受電機器５０Ａが充電台判別機能非対応の場合は、単に第一送電要求信号であるＷＰＣ＿ＣＥのみを送信するため、上述の通り給電台は該ＷＰＣ＿ＣＥを受信処理することとなる。このように標準規格に準拠した給電台１０Ａは、セットされる受電機器が充電台判別機能対応型、非対応型のいずれの場合でも、標準規格に従った送電を実施できる。

【0110】

このように給電側検出回路１５は、異物検出手段１５Ｂとしても機能する。なおＷＰＣでは、上述の通りＷＰＣ１．１仕様において異物検出機能が規定されているものの、ＷＰＣ１．０では異物検出機能が規定されておらず、また現在市販されているＷＰＣ対応の充電機器においても、殆どは異物検出機能を実装していない。このため、上述したような異物検出機能を備える受電機器や給電台を混在させる場面が多々生じ得る。また本実施例において採用している異物検出機能は独自の制御に基づくものであるが、ＷＰＣ１．１のような標準化された規格に基づく異物検出機能に対しても本発明を適用できることはいうまでもない。

【0111】

また、以上の例では規格による通信をＷＰＣで規格化されたＱｉ規格とした例を説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、その他の無接点充電方式に関して規格化された通信方式、あるいは規格化されていなくとも、広く採用されている事実上標準の通信方式などが適宜採用できる。

【0112】

さらに以上の例では、説明を簡素化するため、送電電力をＷＰＣ規格の低電力仕様の規格書（Volume I: Low Power）に従い最大５Ｗとした。ただ、ただ、本発明において電力値は５Ｗに限定するものでなく、例えば１０Ｗ、１５Ｗや２０Ｗ以上の高電力で送電可能な給電台や受電機器としてもよい。また、無接点充電の規格もＱｉ規格に限られるものでなく、他の無接点充電規格に対応した充電台や電池内蔵機器に対しても、本願発明を適用できる。さらに無接点（ワイヤレス）充電方式としては、可動コイル型の他、マグネット吸引型、コイルアレイ型などが適宜利用できる。

【産業上の利用可能性】

【0113】

本発明に係る無接点給電システム、受電機器、給電台、無接点給電方法は、充電台等の給電台から電池内蔵機器等の受電機器に電磁結合作用で電力搬送して電池を充電する方法に最適に利用できる。また、充電器に限らず、受電機器の電気負荷に電力を供給して駆動させるシステム、例えば照明器具やミキサーのようなキッチン製品、あるいは充電アダプターに無接点で送電する方法にも利用できる。

【符号の説明】

【0114】

１００、２００、３００…無接点給電システム
１０、１０’…給電台；１０Ａ…標準規格対応の充電台；１０Ｂ…独自制御対応の充電台
１１…送電コイル
１２…交流電源
１３…電力制御手段
１４…要求信号受信手段
１５…給電側検出回路；１５Ａ…受電機器判別手段；１５Ｂ…異物検出手段
１６…移動機構
２０…ケース
２１…上面プレート
２２…位置決め部機構
２３…嵌入凹部
５０…受電機器；５０Ａ…標準規格対応の受電機器；５０Ｂ…独自制御対応の受電機器
５１…受電コイル
５２…二次電池
５３…受電側制御手段；５３Ｂ…負荷駆動制御手段
５４…伝送回路
５６…整流回路
５７…要求信号生成手段
５８…受電量取得手段
５９…給電台判別手段
２２０…給電台
２２１…充電面
２５１…送電コイル
２６０…受電機器
２６１…受電コイル
１３１０…充電台
１３５０…受電機器
４１０３…送電コイル
４１０４…受電コイル
ＬＤ…電気負荷

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】