JP2013251956A - 電力搬送方法 - Google Patents

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

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。

特開２００８−１７５６２号公報

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。

課題を解決するための手段及び発明の効果

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の一実施の形態にかかる電力搬送方法に使用する電源台と携帯機器の斜視図である。 図１に示す電源台の内部構造を示す概略斜視図である。 図１に示す電源台の内部構造を示す水平断面図である。 図３に示す電源台の垂直縦断面図である。 図３に示す電源台の垂直横断面図である。 図１に示す電源台と携帯機器のブロック図である。 電源台と携帯機器の他の一例を示すブロック図である。 図７に示す電源台の位置検出部の一例を示す回路図である。 励起信号で励起された受電コイルから出力されるエコー信号の一例を示す図である。 位置検出部の他の一例を示す回路図である。 図１０に示す位置検出部の位置検出コイルに誘導されるエコー信号のレベルを示す図である。

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。

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。

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

Claims (7)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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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