JP2013251956A - 電力搬送方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電源台に異物がセットされたことを簡単な回路構成で、速やかに確実に安定して検出しながら、送電コイルから受電コイルに効率よく電力搬送する。
【解決手段】電力搬送方法は、電源台10に携帯機器50をセットし、電源台10の送電コイル11を携帯機器50の受電コイル51に接近する位置に移動させて送電コイル11から受電コイル51に電磁誘導作用で電力搬送する。電力搬送方法は、受電コイル51の位置と、送電コイル11の消費電力が最大となる送電コイル11の電力最大位置を検出し、送電コイル11の電力最大位置と受電コイル51の位置との位置ずれから電源台10に異物Sがセットされたことを検出する。
【選択図】図6
【解決手段】電力搬送方法は、電源台10に携帯機器50をセットし、電源台10の送電コイル11を携帯機器50の受電コイル51に接近する位置に移動させて送電コイル11から受電コイル51に電磁誘導作用で電力搬送する。電力搬送方法は、受電コイル51の位置と、送電コイル11の消費電力が最大となる送電コイル11の電力最大位置を検出し、送電コイル11の電力最大位置と受電コイル51の位置との位置ずれから電源台10に異物Sがセットされたことを検出する。
【選択図】図6
Description
本発明は、電源台の送電コイルと携帯機器の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電力搬送して、電源台から携帯機器に電力搬送する方法に関し、とくに電源台に異物がセットされたことを検出する電力搬送方法に関する。
送電コイルを内蔵する電源台に、受電コイルを内蔵する携帯機器をセットして、送電コイルから受電コイルに電力搬送して、電源台から携帯機器に電力搬送する方法は開発されている。(特許文献1参照)
この電力搬送方法は、電源台の送電コイルを携帯機器の受電コイルに電磁結合する位置として、送電コイルから受電コイルに電力搬送して、電源台から携帯機器に電力搬送する。この電力搬送方法は、コネクタを介して携帯機器を充電器に接続する必要がなく、無接点方式で電力搬送できる。
この電力搬送方法は、携帯機器に電力搬送している状態で、クリップや硬貨などの金属製の異物が載せられると、異物に誘電電流が流れてジュール熱で発熱する弊害がある。また、異物に誘導電流が流れて無駄に電力を消費するので、電源台から効率よく電池を充電できなくなる欠点もある。この欠点を解消するために、特許文献1の電源台は、上面に縦横に並べて多数の温度センサを配置している。温度センサは、電源台に載せられて異物が発熱するのを検出する。この電源台は、上に金属製の異物を載せる状態で、送電コイルに交流電力を供給すると、異物に誘電電流が流れて発熱するので、この異物の発熱を、近くに配置している温度センサで検出する。
以上の電源台は、異物が上面のどこにセットされるかが特定されないために、多数の温度センサを載せ台の上面に配置する必要がある。このため、温度センサの数が多くなって部品コストが高くなる。また、異物が置かれる位置によって、どの温度センサが発熱を検出するかが特定されないので、多数に設けている全ての温度センサの検出温度から異物が載せられたことを判定する必要があるので、多数の温度センサの検出温度から異物が載せられたことを検出する検出回路も複雑になり、簡単な回路で異物を検出できない欠点もある。
さらに、以上の電源台は、温度センサの検出温度から異物が載せられたことを検出するので、異物の検出に時間遅れがあって、速やかに検出できない欠点がある。
さらに、この電源台は、携帯機器を載せる載せ台の上に多数の温度センサを配置するので、温度センサやこれを配置する部品が送電コイルと受電コイルとの間にあって、これが送電コイルと受電コイルの間隔を広くして、電力搬送効率を悪化させる欠点もある。送電コイルと受電コイルは、電磁結合して電力搬送するので、より効率よく電力搬送するためには、互いに接近させてその間隔を狭くすることが大切である。ところが、送電コイルと受電コイルとの間に温度センサを配置する構造は、これによって送電コイルと受電コイルとを接近させることができず、このことにより電力搬送効率が低下する欠点がある。
本発明は、さらに以上の弊害を解消することを目的に開発されたもので、本発明の大切な目的は、電源台に異物がセットされたことを簡単な回路構成で、速やかに確実に安定して検出でき、しかも、送電コイルから受電コイルに効率よく電力搬送できる電力搬送方法を提供することにある。
本発明の電力搬送方法は、電源台10に携帯機器50をセットし、電源台10の送電コイル11を携帯機器50の受電コイル51に接近する位置に移動させて送電コイル11から受電コイル51に電磁誘導作用で電力搬送する。電力搬送方法は、受電コイル51の位置と、送電コイル11の消費電力が最大となる送電コイル11の電力最大位置を検出し、送電コイル11の電力最大位置と受電コイル51の位置との位置ずれから電源台10に異物Sがセットされたことを検出する。
以上の電力搬送方法は、電源台に異物がセットされたことを簡単な回路構成で、速やかに、しかも確実に安定して検出でき、さらに送電コイルから受電コイルに効率よく電力搬送できる特徴がある。それは、以上の電力搬送方法が、受電コイルの位置と、異物によって送電コイルの消費電力が大きくなる電力最大位置とを検出し、受電コイルの位置と電力最大位置との位置ずれから異物がセットされたことを検出するからである。電源台に異物がセットされると、異物に接近する送電コイルの消費電力が大きくなる。送電コイルの交流磁界が異物に渦電流を流して電力を消費するからである。とくに、以上の方法は、受電コイルの位置と異なる位置で送電コイルの消費電力が最大となることから、異物がセットされたと判定するので、送電コイルと異物とを識別して、異物を確実に検出できる特徴がある。
本発明の電力搬送方法は、送電コイル11の電流を検出して送電コイル11の消費電力を検出することができる。
この電力搬送方法は、簡単な回路構成で送電コイルの消費電力を正確に検出できる特徴がある。それは、送電コイルの消費電力が増加すると電流も増加するからである。
この電力搬送方法は、簡単な回路構成で送電コイルの消費電力を正確に検出できる特徴がある。それは、送電コイルの消費電力が増加すると電流も増加するからである。
本発明の電力搬送方法は、送電コイル11を移動し、送電コイル11から受電コイル51に伝送される検出信号が最大レベルとなる送電コイル11の位置から受電コイル51の位置を検出することができる。
以上の電力搬送方法は、送電コイルを移動し、送電コイルから受電コイルに検出信号を伝送して、検出信号の信号レベルから送電コイルが受電コイルに最も接近する接近位置を検出し、送電コイルの接近位置から受電コイルの位置を確実に検出できる。
以上の電力搬送方法は、送電コイルを移動し、送電コイルから受電コイルに検出信号を伝送して、検出信号の信号レベルから送電コイルが受電コイルに最も接近する接近位置を検出し、送電コイルの接近位置から受電コイルの位置を確実に検出できる。
本発明の電力搬送方法は、電源台10が、所定の時間幅の検出信号を送電コイル11に供給することができる。
この方法は、異物を加熱することなく送電コイルの接近位置から受電コイルの位置を検出できる。それは、検出信号が送電コイルに連続して給電されず、所定の時間幅の信号として供給するからである。
この方法は、異物を加熱することなく送電コイルの接近位置から受電コイルの位置を検出できる。それは、検出信号が送電コイルに連続して給電されず、所定の時間幅の信号として供給するからである。
本発明の電力搬送方法は、電源台10に、携帯機器50の受電コイル51に励起信号を供給する複数の位置検出コイル30を所定の間隔で設け、各位置検出コイル30に励起信号を入力して受電コイル51を励起信号で励起して受電コイル51からエコー信号を出力し、このエコー信号を各位置検出コイル30で検出するエコー方式で受電コイル51の位置を検出することができる。
この電力搬送方法は、各位置検出コイルが検出するエコー信号のレベルで受電コイルの位置を検出するので、送電コイルを移動することなく、受電コイルの位置を速やかに検出できる。
この電力搬送方法は、各位置検出コイルが検出するエコー信号のレベルで受電コイルの位置を検出するので、送電コイルを移動することなく、受電コイルの位置を速やかに検出できる。
本発明の電力搬送方法は、受電コイル51の位置を検出した後、送電コイル11の電力最大位置を検出することができる。
この電力搬送方法は、受電コイルの位置を検出した後、送電コイルを移動させて電力最大位置を検出するので、受電コイルの近傍にセットされる異物を速やかに検出できる。それは、受電コイルの位置を基準として送電コイルを移動して、電力最大位置を検出できるからである。
この電力搬送方法は、受電コイルの位置を検出した後、送電コイルを移動させて電力最大位置を検出するので、受電コイルの近傍にセットされる異物を速やかに検出できる。それは、受電コイルの位置を基準として送電コイルを移動して、電力最大位置を検出できるからである。
本発明の電力搬送方法は、受電コイル51の出力側をオープン状態として、送電コイル11の電力最大位置を検出することができる。
この電力搬送方法は、電力最大位置をより正確に検出できる特徴がある。異物のみが送電コイルの電力を消費する状態で、送電コイルの消費電力が最大となる位置を検出するからである。
この電力搬送方法は、電力最大位置をより正確に検出できる特徴がある。異物のみが送電コイルの電力を消費する状態で、送電コイルの消費電力が最大となる位置を検出するからである。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電力搬送方法を例示するものであって、本発明は電力搬送方法を以下の方法に特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「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。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
図1〜図6は、携帯機器50を電池内蔵機器50Aとし、電源台10を充電台10Aとし、送電コイル11から受電コイル51に電力搬送して、携帯機器50の電池52を充電する。ただし、本発明は、電力搬送方法の電源台10を充電台10Aに特定せず、また、携帯機器50を電池内蔵機器50Aに特定しない。携帯機器を、光源を備える照明や充電アダプターとし、これ等の携帯機器に電源台から電力搬送することもできるからである。
電源台10は、ケース20内に上面プレート21に沿って移動できるように配置している送電コイル11と、この送電コイル11に交流電力を供給する交流電源12と、異物Sがセットされたことを検出する異物検出回路14と、送電コイル11を移動する移動機構13と、この移動機構13と交流電源12を制御する制御回路15とを備えている。
携帯機器50は、送電コイル11に電磁結合される受電コイル51と、この受電コイル51から出力される交流を直流に変換する整流回路53と、整流回路53の出力で電池52を充電する充電回路54と、携帯機器50から電源台10に情報信号を伝送する変調回路56とを備えている。
電源台10は、送電コイル11から受電コイル51に電力搬送して、携帯機器50に電力を供給する。電源台10の送電コイル11が、携帯機器50の受電コイル51に電磁誘導作用で電力搬送するとき、電源台10の上に金属製の異物Sがあると、送電コイル11が異物Sに電力を搬送する。送電コイル11から電力搬送される異物Sは、送電コイル11で誘導される渦電流で加熱される。すなわち、送電コイル11の交流磁場が異物Sに渦電流を流し、この渦電流がジュール熱を発生して異物Sを加熱する。異物Sの発熱量は、送電コイル11に接近するにしたがって大きくなる。異物Sが送電コイル11に接近するほど、異物Sの渦電流が大きくなるからである。いいかえると、異物Sの発熱は、送電コイル11から離れるにしたがって少なくなり、交流磁界の影響を受けない領域では発熱しなくなる。このことから、電源台10にセットされる異物検出は、送電コイル11の近傍で確実に検出する必要があり、送電コイル11から離れた位置では必ずしも検出する必要がない。したがって、電源台10は、必ずしも電源台10の全ての領域にセットされる異物Sを検出する必要はなく、送電コイル11で励起される領域の異物Sのみを検出することもできる。
電源台10は、受電コイル51の位置を検出し、さらに、送電コイル11を移動させて、送電コイル11の消費電力を最大値とする電力最大位置を検出して、受電コイル51の位置と送電コイル11の電力最大位置との位置ずれから、電源台10に異物Sがセットされたことを検出する。電力最大位置は、送電コイル11を異物Sに最も接近させる位置、すなわち異物Sの位置となる。送電コイル11の電力最大位置で検出される異物Sの位置と、受電コイル51の位置とが位置ずれして異なることは、受電コイル51とは別の位置に異物Sがセットされたことになるので、受電コイル51の位置と送電コイル11の電力最大位置とが異なることから異物Sがセットされたと判定できる。
電源台10は、好ましくは受電コイル51の位置を検出した後、送電コイル11の電力最大位置を検出する。送電コイル11を受電コイル51の位置に移動して、受電コイル51の近傍に送電コイル11を移動して、受電コイル51の近傍にある異物Sを速やかに検出できるからである。ただ、送電コイル11の電力最大位置を検出した後、受電コイル51の位置を検出して異物検出することもできる。
電源台10は、交流電源12から交流電力を供給している送電コイル11を上面プレート21に沿って移動して送電コイル11の消費電力を検出し、消費電力が最大電力となる位置を電力最大位置として、送電コイル11が異物Sに最も接近する位置、すなわち異物Sの位置と判定する。送電コイル11の消費電力を検出するとき、受電コイル51の出力側をオープン状態とする。この方法は、異物Sのみが送電コイル11の電力を消費するので、異物Sによる送電コイル11の消費電力を正確に検出できる。ただ、送電コイル11の消費電力を検出する状態で、受電コイル51の出力側を負荷に接続する状態とすることもできる。
電源台10は、制御回路15で移動機構13を制御して、移動機構13で送電コイル11を上面プレート21に沿って、X軸方向とY軸方向とに移動させる。異物検出回路14は、移動する送電コイル11の消費電力を検出して、消費電力が最大電力となるX位置と、Y位置とを検出して、電力最大位置を検出する。
電源台10は、交流電力を供給している送電コイル11の電流を検出して、送電コイル11の消費電力を検出する。消費電力が大きくなると、送電コイル11の電流も大きくなるので、電流から消費電力を検出できる。図6の電源台10は、送電コイル11の消費電流を検出する電流検出回路17を異物検出回路14に接続している。ただ、交流電力が給電される送電コイル11の電圧を検出して、消費電力を検出することもできる。消費電力が大きくなると、送電コイル11に印加される交流信号の電圧レベルが低下するからである。
また、電源台10は、制御回路15で移動機構13と交流電源12とを制御して、送電コイル11から受電コイル51に検出信号を伝送しながら、送電コイル11を上面プレート21に沿って移動して、異物検出回路14でもって、検出信号の信号レベルから受電コイル51の位置を検出する。検出信号の信号レベルは、携帯機器50から電源台10に伝送される。交流電源12は、異物検出回路14に制御されて、所定の時間幅の検出信号を送電コイル11に供給する。送電コイル11の検出信号は、パルス信号とすることもできる。パルス信号を出力する交流電源12は、異物検出回路14に制御されて、送電コイル11を移動させる毎にパルス信号の検出信号を出力する。
検出信号を出力しながら送電コイル11が移動されると、送電コイル11が受電コイル51に最も接近する位置で、受電コイル51に誘導される検出信号の信号レベルが最大となる。したがって、受電コイル51に誘導される検出信号の信号レベルが最大となる送電コイル11の位置が、受電コイル51の位置となる。送電コイル11の位置は、移動機構13で検出できるので、送電コイル11の接近位置から、受電コイル51の位置が検出される。送電コイル11は、X軸方向とY軸方向とに移動されて検出信号のレベルが最大となるX位置とY位置とが特定される。この方法は、携帯機器50が受電コイル51の検出信号のレベルを検出して電源台10に伝送し、電源台10は受電コイル51に誘導される検出信号のレベルが最大となる送電コイル11の位置を受電コイル51の位置と判定する。
電源台10は、受電コイル51に誘導される検出信号のレベルを検出することなく、また、送電コイル11を移動することなく、エコー方式で受電コイル51の位置を検出することができる。エコー方式の詳細は後述するが、この方式で受電コイル51の位置を検出する電源台10を図7と図8に示す。図の電源台は、上面プレート21に複数の位置検出コイル30を配置している。この電源台10は、異物検出回路44が、各位置検出コイル30で受電コイル51を励起し、受電コイル51からのエコー信号を各位置検出コイル30で検出して受電コイル51の位置を検出する。この電源台10は、各々の位置検出コイル30から受電コイル51に励起信号としてパルス信号を出力する。パルス信号は受電コイル51を励起する。励起された受電コイル51はエコー信号を出力する。エコー信号は、各々の位置検出コイル30で検出される。各々の位置検出コイル30に誘導されるエコー信号は、受電コイル51に接近すると強く、離れると弱くなるので、各々の位置検出コイル30に誘導されるエコー信号の信号レベルから受電コイル51の位置を検出する。
以上の方法は、異物検出回路14、44でもって、受電コイル51の位置と、送電コイル11の最大電力位置との位置ずれから異物Sを検出するが、異物Sと受電コイル51とが全く同じ位置にあると、電力最大位置と受電コイル51の位置が同じ位置となって、両者が位置ずれしなくなる。このため、異物検出回路14、44は、この状態で異物Sを検出できなくなる。この状態が発生する確率は極めて低いので、必ずしもこの状態、すなわち異物Sと受電コイル51とが同じ位置にある状態で異物Sを検出する必要はない。ただ、異物Sと受電コイル51とが同じ位置にあるときには、異物検出回路14、44でもって、送電コイル11から受電コイル51への送電効率を検出して異物Sを検出して、送電コイル11の電力搬送を停止し、あるいは、受電コイル51の位置をエコー方式で検出して、受電コイル51の位置が検出されない状態で送電コイル11の電力搬送を停止して、異物Sの発熱を防止できる。
送電効率から、異物Sと受電コイル51とが同位置にあることを検出する異物検出回路14は、送電効率があらかじめ設定している閾値よりも低いと、異物Sが受電コイル51と同位置にセットされたと判定して、交流電源12を制御して、送電コイル11の電力供給を停止する。また、エコー方式で受電コイル51の位置を検出する異物検出回路44は、異物Sが受電コイル51と同位置にあると、位置検出コイル30にエコー信号が誘導されないので、受電コイル51の位置を検出できず、送電コイル11が電力搬送を開始することがない。電源台10は、受電コイル51の位置を検出し、送電コイル11を受電コイル51に接近して、送電コイル11に交流電力を供給して、受電コイル51に電力搬送するからである。
エコー方式で受電コイル51の位置を検出する異物検出回路44は、異物Sがセットされない状態では受電コイル51の位置を検出できるが、異物Sが同位置にある受電コイル51を検出できない。この異物検出回路44は、上面プレート21に設けた位置検出コイル30で受電コイル51を励起し、受電コイル51からのエコー信号を検出して、エコー信号のレベルから受電コイル51の位置を検出する。したがって、受電コイル51と同じ位置に異物Sがあって、受電コイル51がエコー信号を出力しない状態では受電コイル51の位置を検出できない。この異物検出回路44は、位置検出コイル30から受電コイル51にパルス信号を出力して、パルス信号で受電コイル51を励起し、励起された受電コイル51からのエコー信号を検出する。しかしながら、同位置に異物Sがある受電コイル51は、位置検出コイル30から出力されるパルス信号で励起されず、エコー信号を出力しない。パルス信号が異物Sに吸収されるからである。同位置に異物Sのない受電コイル51は、パルス信号で励起されてエコー信号を出力し、このエコー信号が位置検出コイル30に検出される。位置検出コイル30に誘導されるエコー信号は、受電コイル51に接近して強く、離れると弱くなるので、エコー信号の信号レベルで受電コイル51の位置を検出できる。
以上のように、エコー方式で受電コイル51の位置を検出する異物検出回路44は、受電コイル51と同位置に異物Sがあると、受電コイル51の位置を検出できず、送電コイル11から受電コイル51に電力搬送されない。このため、エコー方式で受電コイル51の位置を検出する異物検出回路44は、受電コイル51と同位置に異物Sがセットされると、送電コイル11から受電コイル51への電力搬送を開始せず、受電コイル51と同じ位置にある異物Sを発熱することはない。
以上の動作で異物Sを検出する異物検出回路14、44は、以下の方法で異物Sが電源台10にセットされたことを検出する。
(1)受電コイル51のX軸方向とY軸方向の位置を検出する。
(2)送電コイル11をX軸方向とY軸方向に移動して、送電コイル11の消費電力が最大となる最大電力位置を検出する。最大電力位置はX軸方向とY軸方向とで検出する。
(3)受電コイル51の位置と最大電力位置とを比較して、受電コイル51の位置と最大電力位置とが異なる位置にあって、位置ずれしていると、電源台10に異物Sがセットされたと判定する。
(4)電源台10に異物Sがセットされると判定すると、交流電源12から送電コイル11に交流電力を供給しない。すなわち、送電コイル11の交流磁場で異物Sを加熱しない状態とする。
(1)受電コイル51のX軸方向とY軸方向の位置を検出する。
(2)送電コイル11をX軸方向とY軸方向に移動して、送電コイル11の消費電力が最大となる最大電力位置を検出する。最大電力位置はX軸方向とY軸方向とで検出する。
(3)受電コイル51の位置と最大電力位置とを比較して、受電コイル51の位置と最大電力位置とが異なる位置にあって、位置ずれしていると、電源台10に異物Sがセットされたと判定する。
(4)電源台10に異物Sがセットされると判定すると、交流電源12から送電コイル11に交流電力を供給しない。すなわち、送電コイル11の交流磁場で異物Sを加熱しない状態とする。
以上の電源台10と携帯機器50は、以下の構造をしている。
送電コイル11は、図2〜図5に示すように、上面プレート21と平行な面で渦巻き状に巻かれて、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、図2〜図5に示すように、上面プレート21と平行な面で渦巻き状に巻かれて、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。
交流電源12は、制御回路15に制御されて送電コイル11に交流電力を供給する。交流電源12は、たとえば、20kHz〜数MHzの高周波電力を送電コイル11に供給する。交流電源12は、可撓性のリード線19を介して送電コイル11に接続される。送電コイル11が上面プレート21に載せられる携帯機器50の受電コイル51に接近するように移動されるからである。交流電源12は、図示しないが、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。
移動機構13は、送電コイル11をX軸方向とY軸方向とに移動させる。図2〜図5の移動機構13は、送電コイル11を、上面プレート21に沿って、X軸方向とY軸方向に移動させる。図の移動機構13は、制御機構15で制御されて、送電コイル11を移動させる。
図の移動機構13は、制御回路15で制御されるサーボモータ22でネジ棒23を回転して、ネジ棒23にねじ込んでいるナット材24を移動させる。サーボモータ22は、送電コイル11をX軸方向に移動させるX軸サーボモータ22Aと、Y軸方向に移動させるY軸サーボモータ22Bとを備える。ネジ棒23は、送電コイル11をX軸方向に移動させる一対のX軸ネジ棒23Aと、送電コイル11をY軸方向に移動させるY軸ネジ棒23Bとを備える。一対のX軸ネジ棒23Aは、互いに平行に配設されて、ベルト25に駆動されてX軸サーボモータ22Aで一緒に回転される。ナット材24は、各々のX軸ネジ棒23Aにねじ込んでいる一対のX軸ナット材24Aと、Y軸ネジ棒23Bにねじ込んでいるY軸ナット材24Bからなる。Y軸ネジ棒23Bは、その両端を一対のX軸ナット材24Aに回転できるように連結している。送電コイル11はY軸ナット材24Bに連結している。
さらに、図に示す移動機構13は、送電コイル11を水平な姿勢でY軸方向に移動させるために、Y軸ネジ棒23Bと平行にガイドロッド26を配設している。ガイドロッド26は、両端を一対のX軸ナット材24Aに連結しており、一対のX軸ナット材24Aと一緒に移動する。ガイドロッド26は、送電コイル11に連結されるガイド部27を貫通しており、送電コイル11をガイドロッド26に沿ってY軸方向に移動できるようにしている。すなわち、送電コイル11は、互いに平行に配設されるY軸ネジ棒23Bとガイドロッド26に沿って移動するY軸ナット材24Bとガイド部27を介して、水平な姿勢でY軸方向に移動する。
この移動機構13は、X軸サーボモータ22AがX軸ネジ棒23Aを回転させると、一対のX軸ナット材24AがX軸ネジ棒23Aに沿って移動して、Y軸ネジ棒23Bとガイドロッド26をX軸方向に移動させる。Y軸サーボモータ22BがY軸ネジ棒23Bを回転させると、Y軸ナット材24BがY軸ネジ棒23Bに沿って移動して、送電コイル11をY軸方向に移動させる。このとき、送電コイル11に連結されたガイド部27は、ガイドロッド26に沿って移動して、送電コイル11を水平な姿勢でY軸方向に移動させる。したがって、X軸サーボモータ22AとY軸サーボモータ22Bの回転を制御回路15で制御して、送電コイル11をX軸方向とY軸方向に移動できる。ただし、電源台は、移動機構を以上のメカニズムには特定しない。移動機構には、送電コイルをX軸方向とY軸方向に移動できる全ての機構を利用でき、また送電コイルを二次元に移動することなく、直線状に移動することもできるからである。送電コイルを直線状に移動させる移動機構を備える電源台は、携帯機器を二次元に配置することなく、直線状に位置ずれする位置に配置する。
制御回路15は、サーボモータ22を制御して、送電コイル11を受電コイル51の位置と電力最大位置とに移動させる。異物検出回路14は、制御回路15でサーボモータ22を制御して、送電コイル11を受電コイル51の位置に移動した後、電力最大位置に移動させることで、電力最大位置を速やかに検出できる。ただ、送電コイル11をX軸方向とY軸方向とに移動して、送電コイル11から誘導される検出信号の信号レベルで受電コイル51の位置を検出し、送電コイル11の消費電力を検出して最大電力位置を検出することもできる。
以下、エコー方式で受電コイル51の位置を検出する異物検出回路44について詳述する。図7と図8に示す異物検出回路44は、上面プレート21に載せられた携帯機器50の受電コイル51の位置を検出する位置検出部18を備えている。位置検出部18は、図8に示すように、上面プレート21の内面に固定している複数の位置検出コイル30と、この位置検出コイル30に励起信号を供給する励起信号発生回路31と、この励起信号発生回路31から位置検出コイル30に供給されるパルスに励起されて受電コイル51から位置検出コイル30に出力されるエコー信号を受信する受信回路32と、この受信回路32が受信するエコー信号から送電コイル11の位置を判別する識別回路33とを備える。
位置検出コイル30は複数列のコイルからなり、複数の位置検出コイル30を上面プレート21の内面に所定の間隔で固定している。位置検出コイル30は、受電コイル51のX軸方向の位置を検出する複数のX軸位置検出コイル30Aと、Y軸方向の位置を検出する複数のY軸位置検出コイル30Bとを備える。各々のX軸位置検出コイル30Aは、Y軸方向に細長いループ状であって、複数のX軸位置検出コイル30Aは、所定の間隔で上面プレート21の内面に固定されている。隣接するX軸位置検出コイル30Aの間隔(d)は、受電コイル51の外径(D)よりも小さく、好ましくはX軸位置検出コイル30Aの間隔(d)を受電コイル51の外径(D)の1倍ないし1/4倍としている。X軸位置検出コイル30Aは、間隔(d)を狭くして、受電コイル51のX軸方向の位置を正確に検出できる。各々のY軸位置検出コイル30Bは、X軸方向に細長いループ状であって、複数のY軸位置検出コイル30Bは、所定の間隔で上面プレート21の内面に固定されている。隣接するY軸位置検出コイル30Bの間隔(d)も、X軸位置検出コイル30Aと同じように、受電コイル51の外径(D)よりも小さく、好ましくはY軸位置検出コイル30Bの間隔(d)を受電コイル51の外径(D)の1倍ないし1/4倍としている。Y軸位置検出コイル30Bも、その間隔(d)を狭くして、受電コイル51のY軸方向の位置を正確に検出できる。
励起信号発生回路31は、所定のタイミングで励起信号であるパルス信号を位置検出コイル30に出力する。励起信号が入力される位置検出コイル30は、励起信号で接近する受電コイル51を励起する。励起された受電コイル51は、流れる電流のエネルギーでエコー信号を位置検出コイル30に出力する。したがって、受電コイル51の近くにある位置検出コイル30は、図9に示すように、励起信号が入力された後、所定の時間遅れて、受電コイル51からのエコー信号が誘導される。位置検出コイル30に誘導されるエコー信号は、受信回路32で識別回路33に出力される。したがって、識別回路33は、受信回路32から入力されるエコー信号でもって、位置検出コイル30に受電コイル51が接近しているかどうかを判定する。複数の位置検出コイル30にエコー信号が誘導されるとき、識別回路33は、エコー信号レベルの大きい位置検出コイル30にもっとも接近していると判定する。
図8に示す位置検出部18は、各々の位置検出コイル30を切換回路34を介して受信回路32に接続する。この位置検出部18は、入力を順番に切り換えて複数の位置検出コイル30に接続するので、ひとつの受信回路32で複数の位置検出コイル30のエコー信号を検出できる。ただし、各々の位置検出コイルに受信回路を接続してエコー信号を検出することもできる。
図8の位置検出部18は、識別回路33で制御される切換回路34で複数の位置検出コイル30を順番に切り換えて受信回路32に接続する。励起信号発生回路31は切換回路34の出力側に接続されて、位置検出コイル30に励起信号を出力する。励起信号発生回路31から位置検出コイル30に出力される励起信号のレベルは、受電コイル51からのエコー信号に比較して極めて大きい。受信回路32は、入力側にダイオードからなるリミッター回路35を接続している。リミッター回路35は、励起信号発生回路31から受信回路32に入力される励起信号の信号レベルを制限して受信回路32に入力する。信号レベルの小さいエコー信号は、制限されることなく受信回路32に入力される。受信回路32は、励起信号とエコー信号の両方を増幅して出力する。受信回路32から出力されるエコー信号は、励起信号から所定のタイミング、たとえば数μsec〜数百μsec遅れた信号となる。エコー信号が励起信号から遅れる遅延時間は、一定の時間であるから、励起信号から所定の遅延時間後の信号をエコー信号とし、このエコー信号のレベルから位置検出コイル30に受電コイル51が接近しているかどうかを判定する。
受信回路32は、位置検出コイル30から入力されるエコー信号を増幅して出力するアンプである。受信回路32は、励起信号とエコー信号を出力する。識別回路33は、受信回路32から入力される励起信号とエコー信号から位置検出コイル30に受電コイル51が接近してセットされるかどうかを判定する。識別回路33は、受信回路32から入力される信号をデジタル信号に変換するA/Dコンバータ36を備えている。このA/Dコンバータ36から出力されるデジタル信号を演算してエコー信号を検出する。識別回路33は、励起信号から特定の遅延時間の後に入力される信号をエコー信号として検出し、さらにエコー信号のレベルから受電コイル51が位置検出コイル30に接近しているかどうかを判定する。
識別回路33は、複数のX軸位置検出コイル30Aを順番に受信回路32に接続するように切換回路34を制御して、受電コイル51のX軸方向の位置を検出する。識別回路33は、各々のX軸位置検出コイル30Aを受信回路32に接続する毎に、識別回路33に接続しているX軸位置検出コイル30Aに励起信号を出力し、励起信号から特定の遅延時間の後に、エコー信号が検出されるかどうかで、このX軸位置検出コイル30Aに受電コイル51が接近しているかどうかを判定する。識別回路33は、全てのX軸位置検出コイル30Aを受信回路32に接続して、各々のX軸位置検出コイル30Aに受電コイル51が接近しているかどうかを判定する。受電コイル51がいずれかのX軸位置検出コイル30Aに接近していると、このX軸位置検出コイル30Aを受信回路32に接続する状態でエコー信号が検出される。したがって、識別回路33は、エコー信号を検出できるX軸位置検出コイル30Aから受電コイル51のX軸方向の位置を検出できる。受電コイル51が複数のX軸位置検出コイル30Aに跨って接近する状態では、複数のX軸位置検出コイル30Aからエコー信号が検出される。この状態において、識別回路33はもっとも強いエコー信号、すなわちレベルの大きいエコー信号が検出されるX軸位置検出コイル30Aにもっとも接近していると判定する。識別回路33は、Y軸位置検出コイル30Bも同じように制御して、受電コイル51のY軸方向の位置を検出する。以上のようにして、識別回路33は、受電コイル51のX軸方向の位置とY軸方向の位置を検出する。
さらに、この異物検出回路44は、位置検出部18で受電コイル51の位置を検出した後、検出された受電コイル51の位置に送電コイル11を移動すると共に、送電コイル11をX軸方向とY軸方向とに移動させながら、送電コイル11から検出信号を伝送して受電コイル51に誘導される信号レベルの大きさから受電コイル51の正確な位置を検出することもできる。この方法は、位置検出部18で受電コイル51の位置を粗検出した後、送電コイル11の位置を微調整しながら、送電コイル11から伝送される検出信号に誘導される信号レベルの大きさを検出することで、受電コイルの位置を、さらに正確に検出することができる。
さらに、エコー方式で受電コイル51の位置を検出する異物検出回路44は、図10に示す位置検出部48で受電コイル51の位置を検出することもできる。この図に示す位置検出部48は、上面プレート21の内面に固定している複数の位置検出コイル30と、この位置検出コイル30に励起信号を供給する励起信号発生回路31と、この励起信号発生回路31から位置検出コイル30に供給されるパルスに励起されて受電コイル51から位置検出コイル30に出力されるエコー信号を受信する受信回路32と、この受信回路32が受信するエコー信号から送電コイル11の位置を判別する識別回路43とを備える。さらに、この位置検出部48は、識別回路43に、受電コイル51の位置に対する各々の位置検出コイル30に誘導されるエコー信号のレベル、すなわち図9に示すように、各々の位置検出コイル30を励起信号で励起して所定の時間経過後に誘導されるエコー信号のレベルを記憶する記憶回路47を備えている。この位置検出部48は、各々の位置検出コイル30に誘導されるエコー信号のレベルを検出し、検出したエコー信号のレベルを記憶回路47に記憶しているエコー信号のレベルに比較して、受電コイル51の位置を検出している。
この位置検出部48は、以下のようにして、各々の位置検出コイル30に誘導されるエコー信号のレベルから、受電コイル51の位置を求めている。図10に示す位置検出コイル30は、受電コイル51のX軸方向の位置を検出する複数のX軸位置検出コイル30Aと、Y軸方向の位置を検出する複数のY軸位置検出コイル30Bとを備え、複数の位置検出コイル30を上面プレート21の内面に所定の間隔で固定している。各々のX軸位置検出コイル30Aは、Y軸方向に細長いループ状であって、各々のY軸位置検出コイル30Bは、X軸方向に細長いループ状としている。図11は、受電コイル51をX軸方向に移動させる状態における、X軸位置検出コイル30Aに誘導されるエコー信号のレベルを示しており、横軸が受電コイル51のX軸方向の位置を示し、縦軸が各々のX軸位置検出コイル30Aに誘導されるエコー信号のレベルを示している。この位置検出部48は、各々のX軸位置検出コイル30Aに誘導されるエコー信号のレベルを検出することによって、受電コイル51のX軸方向の位置を求めることができる。この図に示すように、受電コイル51をX軸方向に移動すると、各々のX軸位置検出コイル30Aに誘導されるエコー信号のレベルは変化する。たとえば、受電コイル51の中心が第1のX軸位置検出コイル30Aの中心にあるとき、図11の点Aで示すように、第1のX軸位置検出コイル30Aに誘導されるエコー信号のレベルが最も強くなる。また、受電コイル51が第1のX軸位置検出コイル30Aと第2のX軸位置検出コイル30Aの中間にあるとき、図11の点Bで示すように、第1のX軸位置検出コイル30Aと第2のX軸位置検出コイル30Aに誘導されるエコー信号のレベルは同じとなる。すなわち、各々のX軸位置検出コイル30Aは、受電コイル51が最も近くにあるときに誘導されるエコー信号のレベルが最も強くなり、受電コイル51が離れるにしたがってエコー信号のレベルは小さくなる。したがって、どのX軸位置検出コイル30Aのエコー信号のレベルが最も強いかで、受電コイル51がどのX軸位置検出コイル30Aに最も接近しているかを判定できる。また、ふたつのX軸位置検出コイル30Aにエコー信号が誘導されるとき、強いエコー信号を検出するX軸位置検出コイル30Aからどの方向にあるX軸位置検出コイル30Aにエコー信号が誘導されるかで、最もエコー信号の強いX軸位置検出コイル30Aからどの方向にずれて受電コイル51があるかを判定でき、また、エコー信号のレベル比でふたつのX軸位置検出コイル30Aとの相対位置を判定できる。たとえば、ふたつのX軸位置検出コイル30Aのエコー信号のレベル比が1であると、受電コイル51はふたつのX軸位置検出コイル30Aの中央に位置すると判定できる。
識別回路43は、受電コイル51のX軸方向の位置に対する、各々のX軸位置検出コイル30Aに誘導されるエコー信号のレベルを記憶回路47に記憶している。受電コイル51が置かれると、いずれかのX軸位置検出コイル30Aにエコー信号が誘導される。したがって、識別回路43は、X軸位置検出コイル30Aに誘導されるエコー信号で受電コイル51が載せられたこと、すなわち携帯機器50が電源台10に載せられたことを検出する。さらに、いずれかのX軸位置検出コイル30Aに誘導されるエコー信号のレベルを、記憶回路47に記憶しているレベルに比較して、受電コイル51のX軸方向の位置を判別することができる。識別回路は、隣接するX軸位置検出コイルに誘導されるエコー信号のレベル比から受電コイル51のX軸方向の位置を特定する関数を記憶回路に記憶して、この関数から受電コイル51の位置を判別することもできる。この関数は、ふたつのX軸位置検出コイルの間に受電コイル51を移動させて、各々のX軸位置検出コイルに誘導されるエコー信号のレベル比を検出して求められる。識別回路43は、ふたつのX軸位置検出コイル30Aに誘導されるエコー信号のレベル比を検出し、検出されるレベル比から、この関数に基づいてふたつのX軸位置検出コイル30Aの間における受電コイル51のX軸方向の位置を演算して検出することができる。
以上は、識別回路43が、X軸位置検出コイル30Aに誘導されるエコー信号から、受電コイル51のX軸方向の位置を検出する方法を示すが、受電コイル51のY軸方向の位置もX軸方向と同じようにして、Y軸位置検出コイル30Bに誘導されるエコー信号から検出できる。以上のようにして、識別回路43は、受電コイル51のX軸方向の位置とY軸方向の位置から、受電コイル51の正確な位置を検出できる。
さらに、携帯機器50の回路図を図6と図7に示している。この携帯機器50は、受電コイル51に誘導される交流を整流する整流回路53と、この整流回路53の出力で携帯機器50の電池52を充電する充電回路54と、携帯機器50から電源台10に情報信号を伝送する変調回路56とを備えている。
変調回路56は、受電コイル51に誘導される検出信号の信号レベル、充電される電池52の電圧、電流、満充電、温度などを示す情報信号として電源台10に伝送する。電源台10は、変調回路56から伝送される情報信号を検出する復調回路16を備えている。変調回路56は、受電コイル51の負荷インピーダンスを情報信号で変調して、情報信号を電源台10に伝送する。この変調回路56から伝送される情報信号は、送電コイル11の電圧波形の変化から情報信号を検出する復調回路16で検出できる。また、変調回路56は、情報信号で搬送波を変調して、搬送波を受電コイル51から送電コイル11に伝送し、あるいは無線で伝送する方式などが使用できる。この情報信号を検出する復調回路は、送電コイルに誘導される搬送波やアンテナで受信する搬送波から情報信号を復調して検出できる。
以上の電源台10は、異物検出回路14、44で、上面プレート21の上面に異物Sが載せられていないことを検出すると、制御回路15で移動機構13を制御して送電コイル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に交流電力を供給して、送電コイル11から受電コイル51に電力搬送する。ただ、電源台10は、異物検出回路14、44が上面プレート21の上面に異物Sがあることを検出する状態においても、異物Sの位置が受電コイル51から十分に離れた位置であると判定されると、送電コイル11から受電コイル51に電力搬送することもできる。送電コイル11の交流電力は受電コイル51に電力搬送されて携帯機器50に供給される。図に示す携帯機器50は電池内蔵機器50Aとしているので、搬送された電力は内蔵する電池52の充電に使用される。電池内蔵機器50Aは、電池52が満充電されたことを検出すると、充電を停止して、満充電信号を電源台10に伝送する。
以上の電源台10は、携帯機器50を二次元の平面にセットするので、送電コイル11をX軸方向とY軸方向とに二次元に移動させるが、携帯機器を直線状にセットする電源台にあっては、送電コイルを一次元に直線状に移動して、受電コイルの位置と送電コイルの最大電力位置とを検出して、異物を検出することができる。
10…電源台 10A…充電台
11…送電コイル
12…交流電源
13…移動機構
14…異物検出回路
15…制御回路
16…復調回路
17…電流検出回路
18…位置検出部
19…リード線
20…ケース
21…上面プレート
22…サーボモータ 22A…X軸サーボモータ
22B…Y軸サーボモータ
23…ネジ棒 23A…X軸ネジ棒
23B…Y軸ネジ棒
24…ナット材 24A…X軸ナット材
24B…Y軸ナット材
25…ベルト
26…ガイドロッド
27…ガイド部
30…位置検出コイル 30A…X軸位置検出コイル
30B…Y軸位置検出コイル
31…励起信号発生回路
32…受信回路
33…識別回路
34…切換回路
35…リミッター回路
36…A/Dコンバータ
43…識別回路
44…異物検出回路
47…記憶回路
48…位置検出部
50…携帯機器 50A…携帯機器
51…受電コイル
52…電池
53…整流回路
54…充電回路
56…変調回路
S…異物
11…送電コイル
12…交流電源
13…移動機構
14…異物検出回路
15…制御回路
16…復調回路
17…電流検出回路
18…位置検出部
19…リード線
20…ケース
21…上面プレート
22…サーボモータ 22A…X軸サーボモータ
22B…Y軸サーボモータ
23…ネジ棒 23A…X軸ネジ棒
23B…Y軸ネジ棒
24…ナット材 24A…X軸ナット材
24B…Y軸ナット材
25…ベルト
26…ガイドロッド
27…ガイド部
30…位置検出コイル 30A…X軸位置検出コイル
30B…Y軸位置検出コイル
31…励起信号発生回路
32…受信回路
33…識別回路
34…切換回路
35…リミッター回路
36…A/Dコンバータ
43…識別回路
44…異物検出回路
47…記憶回路
48…位置検出部
50…携帯機器 50A…携帯機器
51…受電コイル
52…電池
53…整流回路
54…充電回路
56…変調回路
S…異物
Claims (7)
- 電源台(10)に携帯機器(50)をセットし、前記電源台(10)の送電コイル(11)を前記携帯機器(50)の受電コイル(51)に接近する位置に移動させて前記送電コイル(11)から前記受電コイル(51)に電磁誘導作用で電力搬送する電力搬送方法であって、
前記受電コイル(51)の位置と、前記送電コイル(11)の消費電力が最大となる送電コイル(11)の電力最大位置を検出し、前記送電コイル(11)の電力最大位置と前記受電コイル(51)の位置との位置ずれから前記電源台(10)に異物(S)がセットされたことを検出する電力搬送方法。 - 前記送電コイル(11)の電流を検出して送電コイル(11)の消費電力を検出する請求項1に記載される電力搬送方法。
- 前記送電コイル(11)を移動し、送電コイル(11)から前記受電コイル(51)に伝送される検出信号が最大レベルとなる送電コイル(11)の位置から受電コイル(51)の位置を検出する請求項1又は2に記載される電力搬送方法。
- 前記電源台(10)が、所定の時間幅の検出信号を送電コイル(11)に供給する請求項3に記載される電力搬送方法。
- 前記電源台(10)に、前記携帯機器(50)の受電コイル(51)に励起信号を供給する複数の位置検出コイル(30)を所定の間隔で設け、各位置検出コイル(30)に励起信号を入力して前記受電コイル(51)を励起信号で励起して受電コイル(51)からエコー信号を出力し、このエコー信号を各位置検出コイル(30)で検出するエコー方式で受電コイル(51)の位置を検出する請求項1又は2に記載される電力搬送方法。
- 前記受電コイル(51)の位置を検出した後、前記送電コイル(11)の電力最大位置を検出する請求項1ないし5のいずれかに記載される電力搬送方法。
- 前記受電コイル(51)の出力側をオープン状態として、前記送電コイル(11)の電力最大位置を検出する請求項1ないし6のいずれかに記載される電力搬送方法。
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