JP2013252028A - 無接点給電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コスト等を抑えつつ、金属異物の温度上昇がより確実に抑えられるようにすることが容易となる無接点給電装置を提供する。
【解決手段】無接点電力伝送方式により電力供給を行うものであり、第１端子と第２端子を有し、金属異物を検出したときに異物検出信号を第１端子から出力し、温度異常を表す温度異常信号が第２端子に入力されたときに前記電力供給を抑制する制御装置を備えた無接点給電装置であって、第１端子と第２端子に接続され、第１端子から出力された前記異物検出信号が前記温度異常信号とみなされる信号として第２端子に入力されるようにするバイパス回路を、更に備えた無接点給電装置とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、無接点給電装置（ワイヤレス給電装置）に関し、特に金属異物の温度上昇が考慮されたものに関する。

近年、携帯電話機用の充電台を代表として、いわゆるワイヤレス給電（無接点給電）と呼ばれる新分野が注目を集めている。従来は携帯電話機の充電と言えば、電源コネクタにケーブルを接続して有線充電することが普通だった。これに対し無接点給電装置では、電源コネクタやケーブルを使わずに電磁波によって無線充電する点が特徴である。2011年8月に発売された「AQUOS PHONE（登録商標） f SH-13C」（「SH-13C」機種）を皮切りに、次々と無接点給電対応の携帯電話機が発売されている。

しかし無接点給電方式では、従来の有線充電方式には無い幾つかの新しい課題がある。その代表的なものが、金属異物の発熱問題である。

無接点給電装置は、構成原理が調理用のＩＨクッキングヒータとよく似ており、発生させる高周波磁場の周波数や方向もほぼ同じである。そのため、例えば携帯電話機と無接点給電装置の間に金属異物（PMO:Parasitic Metal Object）が偶然に挟み込まれてしまうと、その金属異物は発熱を起こす危険性がある。身の回りに普通にある金属異物としては、例えば紙用のクリップや、アルミ箔を使ったシール等、様々な物がある。

既に市販されている幾つかの種類の無接点給電装置においては、この発熱問題を回避するために金属異物の検出（PMOD:Parasitic Metal Object Detection）の機能が備えられている。そして、温度異常が検出されたときだけでなく、金属異物が検出されたときにも給電を停止させ、金属異物が高温とならないようにされている。

金属異物の検出を実現させる方法は幾つかあるが、代表的なものとして、給電側における電力の値と受電側における電力の値を監視して、これらの値の差分が異常に増大すれば金属異物が挿入されたと判定する方法がある。この方法は、特許文献１や非特許文献１（特に１３ページ目）に開示されている。なお非特許文献１には、無接点給電装置を制御する制御ＩＣ（制御装置の一形態）として代表的な「bq500210」のデータシートが開示されている。なお以下の説明では、このＩＣを“「bq500210」ＩＣ”と称する。

但し通常の無接点給電装置では、金属異物が検出されても即座に給電を停止させるのではなく、数十秒程度のウェイト［Wait］を掛けるように設計される。つまり、数十秒程度のウェイト時間に亘って継続して金属異物が検出されたときに、給電が停止されるようになっている。なお一例として「bq500210」ＩＣでは、このウェイト時間は２０秒に設定されている。このような設計がなされる主な目的は、金属異物の誤検出を防ぐことにある。

携帯電話機は無接点給電装置の上にただ置かれているだけなので、例えば充電中に偶然に人の手が触れて位置が変わり、見かけ上は瞬間的に異常な電力値が計算される場合がある。このような場合は数秒後には正常な電力値に復帰するので、数十秒程度のウェイト時間を設けるだけで誤検出は防がれる。なお、ウェイト時間が数十秒程度に設定された背景には、金属異物の温度上昇は普通は時定数が長い緩やかな現象であり、この程度のウェイト時間内には、金属異物は危険なほどには温度上昇しないだろうという前提があった。

ここで、制御ＩＣとして「bq500210」ＩＣを用いた従来例の充電台（無接点給電装置）、およびこれによって充電可能である携帯電話機の一例について、以下に簡潔に説明する。

図５は、当該充電台５０およびこれにより充電可能である携帯電話機６０の模式的な外観図であり、図６は、これらの内部構成に関するブロック図である。充電台５０は、電源安定化部５１、インバータ部５２、および給電側電磁結合部５３を備えている。また携帯電話機６０は、受電側電磁結合部６１、整流・安定化部６２、およびバッテリ６３を備えている。また図７は、制御ＩＣ５５の周辺の具体的構成を示している。

充電台５０の内部では、外部電源７０から入力された直流電力が、電源安定化部５１を介してインバータ部５２に送出される。この直流電力は、インバータ部５２によって110kHz〜205kHz程度の高周波電力に変換され、給電側電磁結合部５３へ供給される。

携帯電話機６０が無接点給電装置５０の上に置かれているとき、それぞれに内蔵された電磁結合部（５３、６１）の間で電磁結合が発生し、高周波電磁場を利用して充電台５０から携帯電話機６０へ電力が供給される。電磁結合の実現方法は幾つかあるが、一般的には磁場発生器としてのコイル（給電コイルと受電コイル）が用いられる。この場合、給電コイルが給電側電磁結合部に相当し、受電コイルが受電側電磁結合部に相当する。

また携帯電話機６０の内部では、受電側電磁結合部６１で拾われた高周波電力が、整流・安定化部６２によって直流電力への変換処理や安定化処理が施され、バッテリ６３に供給される。携帯電話機６０は、バッテリ６３に充電された電力を用いて駆動することが可能である。

また充電台５０には、温度異常検出部５４、制御ＩＣ５５、および報知部５６も備えられている。

温度異常検出部５４は、基準電位点８１（所定の基準電位Ｖsに維持される）が、抵抗８２とＮＴＣサーミスタ８３を順に介して接地点に接続されるとともに、抵抗８２とＮＴＣサーミスタ８３との接続点が、「T_SENSE」端子Ｔ２に接続されて形成されている。

充電台５０の温度が上昇すると、その分だけＮＴＣサーミスタ３３の抵抗値が下がり、温度異常検出部５４が「T_SENSE」端子Ｔ２へ出力する電圧が下がる。この原理を利用して温度異常検出部５４は、充電台１の温度が所定の許容上限温度を超えたときに、基準値α以下の電圧信号（電位信号）を温度異常信号Ｓeとして生成し、制御ＩＣ５５へ出力する。温度異常信号Ｓeが出力されているとき、「T_SENSE」端子Ｔ２の電位は基準値α以下となる。

制御ＩＣ５５（「bq500210」ＩＣ）は、金属異物検出部５５１および給電停止部５５２等の各機能部を有するとともに、外部との接続に用いられる各種端子を有している。制御ＩＣ５５が有する各種端子には、「LED_B」端子Ｔ１、「T_SENSE」端子Ｔ２、「DPWM_A」端子Ｔ３、およびその他の不図示の端子（「RESET」端子など）が含まれている。

金属異物検出部５５１は、金属異物９０を検出している間、第１検出信号Ｓd1および第２検出信号Ｓd2を継続的に出力する。なお第１検出信号Ｓd1は給電停止部１５２へ出力され、第２検出信号Ｓd2は「LED_B」端子Ｔ１を介して報知部１６へ出力される。第１検出信号Ｓd1はＰＭＯＤによる給電停止に用いられる信号であり、第２検出信号Ｓd2は金属異物９０が検出されたことの報知に用いられる信号である。

給電停止部５５２は、「T_SENSE」端子Ｔ２の電位が基準値α以下であるときに、温度異常信号Ｓeが入力されたと認識する。そして給電停止部５５２は、温度異常信号Ｓeが入力されたときに、直ちに停止信号Ｓsを生成してインバータ部５２へ出力する。また給電停止部５５２は、第１検出信号Ｓd1がウェイト時間（２０秒間）に亘って継続して入力されたときに、停止信号Ｓsを生成してインバータ部５２へ出力する。インバータ部５２は、停止信号Ｓsが入力されたときに給電側電磁結合部５３への電力供給を停止させる。これにより、充電台５０から携帯電話機６０への給電は停止される。

報知部５６は、ＬＥＤ８４と抵抗８５を有している。ＬＥＤ８４は、制御ＩＣ５５が第２検出信号Ｓd2を出力しているときに、所定量の電流が流れることにより発光する。このように報知部５６は、ＬＥＤ３４が発光することによって、金属異物９０が検出されたことをユーザ等へ報知する。

なお上述した具体例は、制御ＩＣ５５として「bq500210」ＩＣを適用した例であるが、一般的に無接点給電装置用の制御ＩＣであれば、これに準じた機能を有している。すなわち無接点給電装置用の制御ＩＣであれば、「LED_B」端子に相当する第１端子と「T_SENSE」端子に相当する第２端子を有し、金属異物を検出したときに異物検出信号を第１端子から出力し、温度異常を表す温度異常信号が第２端子に入力されたときに無接点給電装置の電力供給を抑制する機能を有している。

特開２０１１−８３０９４号公報

Texas Instruments社 bq500210 データシート （文書番号SLUSAL8 - JUNE 2011）

先述した通り無接点給電装置においては、数十秒程度では金属異物が危険なほどには温度上昇しないという前提の下、金属異物の検出により給電を停止させる際のウェイト時間は数十秒程度に設定されていた。しかし発明者が従来例の充電台５０と携帯電話機６０を用いた給電実験を行う中で、このような前提を崩す、金属異物が極めて急速に温度上昇する事例が見つかった。

このときの実験条件は次の通りである。充電台５０としては、非特許文献１のリファレンス回路（「bq500210」ＩＣを含む）をそのまま用いたものを採用し、携帯電話機６０としては、先述した「SH-13C」機種を採用した。充電台５０は給電側電磁結合部５３として給電コイルを有し、携帯電話機６０は受電側電磁結合部６１として受電コイルを有している。また金属異物９０としては、発熱を起こし易い薄いアルミ箔を用い、そのサイズは電磁結合を行うコイルの面積の半分強とした。

更に、給電コイルと受電コイルの位置を意図的にずらすように（各コイルの中心軸をずらすように）携帯電話機を充電台の上に置き、給電を実行させる。このように当該実験条件は、金属異物９０による発熱と位置ずれによる発熱が同時に起こる、非常に厳しい条件である。図８は、当該実験条件を適用する場合の充電台５０と携帯電話機６０を上方から見た模式図である。また図９は、当該実験条件により給電実験を行ったときの金属異物９０（アルミ箔）の温度、および給電コイルの入力電力の測定結果を表す。

実験開始後に金属異物９０の温度は２１℃から急上昇した。金属異物９０の検出を知らせるＬＥＤは給電開始から１０秒後に点灯したが、その時点では金属異物９０の温度はまだ４４℃だった。しかし充電台５０は、金属異物９０を検出しても、２０秒のウェイト時間が経つまでは給電を停止させない。そのため金属異物９０の検出後も金属異物９０の温度上昇が続いてしまい、自動的な給電停止（ＰＭＯＤによる給電停止）がなされた時、つまり給電開始から３０秒後には、金属異物９０の温度は７３℃にも達していた。

このような実験結果を踏まえると、単に「bq500210」ＩＣ等の制御ＩＣを用いて無接点給電装置を構成するだけでは、金属異物の温度上昇への安全対策が十分ではないと考えられる。そのため無接点給電装置にこのような制御ＩＣを適用する場合には、金属異物の温度上昇がより確実に抑えられるようにし、安全性を高める必要がある。

しかし制御ＩＣはその内部に各機能部が作り込まれており、通常、予め決められているウェイト時間などの各種設定を外部から変更することは出来ない。そのため、このような各種設定を外部から変更することによってこの問題に対処することは、困難である。また製造コスト等を考慮すると、これまでの無接点給電装置の内部構成を大幅に改変することなく、金属異物の温度上昇がより確実に抑えられるようにすることが望ましい。

本発明は上述した問題に鑑み、製造コスト等を抑えつつ、金属異物の温度上昇がより確実に抑えられるようにすることが容易となる無接点給電装置の提供を目的とする。

本発明に係る無接点給電装置は、無接点電力伝送方式により電力供給を行うものであり、第１端子と第２端子を有し、金属異物を検出したときに異物検出信号を第１端子から出力し、温度異常を表す温度異常信号が第２端子に入力されたときに前記電力供給を抑制する制御装置を備えた無接点給電装置であって、第１端子と第２端子に接続され、第１端子から出力された前記異物検出信号が前記温度異常信号とみなされる信号として第２端子に入力されるようにするバイパス回路を、更に備えた構成とする。

本構成によれば、製造コスト等を抑えつつ、金属異物の温度上昇がより確実に抑えられるようにすることが容易となる。なお「金属異物」とは、電力伝送に不必要で、偶発的に給電側と受電側の間に存在する金属物体のことである。

また上記構成としてより具体的には、温度異常が生じたときに前記温度異常信号を生成して第２端子に出力する温度異常検出部と、第１端子から前記異物検出信号が出力されたときに、金属異物が検出されたことの報知を行う報知部と、を備えた構成としてもよい。また上記構成としてより具体的には、前記制御装置は、前記温度異常信号が第２端子に入力されたときに前記電力供給を停止させる構成としてもよい。

また上記構成としてより具体的には、前記温度異常検出部は、ＮＴＣサーミスタを含む複数の分圧抵抗を有し、所定電位の基準電位点とこれより低い電位の接地点との間の電圧を、前記複数の分圧抵抗を用いて分圧することにより、前記温度異常信号を生成する構成としてもよい。

また上記構成としてより具体的には、前記温度異常検出部は、前記基準電位点が第１分圧抵抗とＮＴＣサーミスタである第２分圧抵抗を順に介して前記接地点に接続されるとともに、第１分圧抵抗と第２分圧抵抗との接続点が第２端子に接続されており、所定の基準値以下の電圧信号を前記温度異常信号として生成するように形成されており、前記バイパス回路は、前記異物検出信号を前記基準値以下の電圧信号に変換した上で、第２端子に出力する構成としてもよい。

また上記構成としてより具体的には、前記バイパス回路は、ＮチャンネルNormally Off型のＦＥＴを有しており、前記ＦＥＴのゲート端子は、抵抗を介して第１端子に接続され、前記ＦＥＴのドレイン端子は、抵抗を介して第２端子に接続され、前記ＦＥＴのソース端子は、前記接地点に接続されている構成としてもよい。

また上記構成としてより具体的には、前記バイパス回路は、ＮＰＮ型のＢＪＴを有しており、前記ＢＪＴのベース端子は、抵抗を介して第１端子に接続され、前記ＢＪＴのコレクタ端子は、抵抗を第２端子に接続され、前記ＢＪＴのエミッタ端子は、前記接地点に接続されている構成としてもよい。

また上記構成としてより具体的には、前記報知部は、ＬＥＤの点灯または音を出すことによって、前記報知を行う構成としてもよい。また上記構成としてより具体的には、給電コイルを有しており、受電コイルを有した無接点受電装置に対して、前記給電コイルと前記受電コイルを用いた電磁誘導方式の電力伝送によって前記電力給電を行う構成としてもよい。

本発明に係る無接点給電装置によれば、製造コスト等を抑えつつ、金属異物の温度上昇がより確実に抑えられるようにすることが容易となる。

本実施形態に係る充電台などに関するブロック図である。 第１実施形態に係る無接点給電装置の制御ＩＣ周辺の構成図である。 本実施形態による給電実験の結果に関するグラフである。 第２実施形態に係る無接点給電装置の制御ＩＣ周辺の構成図である。 従来例の充電台などに関する模式的な外観図である。 従来例の充電台などに関するブロック図である。 従来例に係る無接点給電装置の制御ＩＣ周辺の構成図である。 従来例による給電実験の実験条件に関する説明図である。 従来例による給電実験の結果に関するグラフである。

本発明の実施形態として、第１実施形態および第２実施形態を挙げて以下に説明する。なお各実施形態では、無接点電力伝送方式により電力供給を行う充電台（無接点給電装置の一形態）および、当該充電台を用いて充電可能である携帯電話機（電気機器の一形態）を例に挙げる。

１．第１実施形態
［充電台および携帯電話機の構成概略］
まず第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る充電台１および携帯電話機２に関するブロック図である。

図１に示すように充電台１は、電源安定化部１１、インバータ部１２、給電側電磁結合部１３、温度異常検出部１４、制御ＩＣ１５、報知部１６、およびバイパス回路１７を備えている。また充電台１（電源安定化部１１の入力側）は、外部電源３（例えば、商用電源に繋がったＡＣアダプタ等）に接続されている。

電源安定化部１１は、外部電源３から入力される直流電力を、安定化させて出力する役割を果たす。インバータ部１２は、電源安定化部１１から出力される直流電力を、例えば110kHz〜205kHzの交流電力に変換し、給電側電磁結合部１３に供給する。なおインバータ部１２は、制御ＩＣ１５から停止信号Ｓs（詳しくは後述する）を受取ったときには、給電側電磁結合部１３への電力供給を抑制するようになっている。なお本実施形態では、給電側電磁結合部１３への電力供給を抑制する形態は、当該電力供給を停止させる形態となっているが、完全に停止させる形態に限られず、当該電力供給をある程度低減させる形態等であっても構わない。

給電側電磁結合部１３は、受電側の電磁結合部（後述する受電側電磁結合部２１）との電磁結合がなされる部分であり、本実施形態の場合は給電コイルによって形成されている。なお給電コイルは、インバータ部１２からの供給電力によって電流が流れることにより、交流磁場を発生させる。温度異常検出部１４は、充電台１の温度が異常となったとき（所定の閾値を超えたとき）に、その旨を表す温度異常信号Ｓeを制御ＩＣ１５（給電停止部１５２）へ出力する。

制御ＩＣ１５は、充電台１の制御に用いられるＩＣ［Integrated Circuit］である。制御ＩＣ１５およびその周辺（温度異常検出部１４、報知部１６、およびバイパス回路１７）の具体的構成と動作については、改めて説明する。

また携帯電話機２は、受電側電磁結合部２１、整流・安定化部２２、およびバッテリ２３等を備えている。

受電側電磁結合部２１は、給電側の電磁結合部（給電側電磁結合部１３）との電磁結合がなされる部分であり、本実施形態の場合は受電コイルによって形成されている。なお受電コイルは、充電台１側の給電コイルが発生させる交流磁場によって（つまり電磁誘導によって）起電力が生じ、交流電力を出力する。

すなわち受電側電磁結合部２１は、給電側電磁結合部１３との電磁結合を利用して、充電台１からの給電電力を受電する。なお給電側電磁結合部から受電側電磁結合部への電力伝送の方式としては、電磁誘導方式を含め、本発明の主旨を逸脱しない範囲において各種方式が採用され得る。

整流・安定化部２２は、受電側電磁結合部２１が出力する交流電力に対して、直流電力に変換する処理や安定化させる処理を施す。整流・安定化部２２による処理済みの電力は、バッテリ２３に供給される。これによりバッテリ２３には、充電台１側から得られた電力が充電される。なお携帯電話機２は、バッテリ２３に充電された電力を用いて駆動するように構成されている。

なお充電台１を用いて携帯電話機２を充電させる際には、給電コイルの軸と受電コイルのコイル軸が一致するように、充電台１と携帯電話機２を位置決めしておくことが望ましい。これにより双方間の電磁結合が適切に行われ、良好な給電効率を得ることが可能となる。

［制御ＩＣおよびその周辺の具体的構成と動作］
図２は、制御ＩＣ１５およびその周辺の具体的構成を示す。図２に示すように、充電台１には、基準電位点３１、各抵抗（３２、３５、３７、３８）、ＮＴＣ［Negative thermal Coefficient］サーミスタ３３、ＬＥＤ３４、およびＮチャンネルNormally Off型のＦＥＴ［Field effect transistor］３６が設けられている。なお基準電位点３１の電位は、所定の基準電位Ｖsに維持されるようになっており、充電台１における接地点（グランド）の電位は、基準電位Ｖsより十分に低く（例えば０Ｖに）設定されている。

図１および図２を参照しながら、制御ＩＣ１５およびその周辺の具体的構成と動作について、以下に説明する。

温度異常検出部１４は、抵抗３２とＮＴＣサーミスタ３３からなる複数の分圧抵抗を有し、基準電位Ｖsと接地点との間の電圧を当該複数の分圧抵抗を用いて分圧することにより、温度異常信号Ｓeを生成する。より具体的に説明すると、温度異常検出部１４は、基準電位点３１が、抵抗３２とＮＴＣサーミスタ３３を順に介して接地点に接続されるとともに、抵抗３２とＮＴＣサーミスタ３３との接続点が、制御ＩＣ１５の「T_SENSE」端子Ｔ２に接続されて形成されている。

充電台１の温度が上昇すると、その分だけＮＴＣサーミスタ３３の抵抗値が下がり、温度異常検出部１４が「T_SENSE」端子Ｔ２へ出力する電圧が下がる。この原理を利用して温度異常検出部１４は、充電台１の温度が所定の許容上限温度を超えたとき（つまり温度異常が生じたとき）に、基準値α以下の電圧信号（電位信号）を温度異常信号Ｓeとして生成し、「T_SENSE」端子Ｔ２へ出力する。温度異常信号Ｓeが出力されているとき、「T_SENSE」端子Ｔ２の電位は基準値α以下となる。

なお基準値αは、「T_SENSE」端子Ｔ２の電位についてのＨ（High）レベルとＬ（Low）レベルの閾値に相当する。すなわち「T_SENSE」端子Ｔ２の電位は、基準値α以下のときにはＬレベルであり、基準値αを超えるときにはＨレベルである。

制御ＩＣ１５は、金属異物検出部１５１および給電停止部１５２等を有したＩＣ［Integrated Circuit］であり、外部との接続に用いられる各種端子を有している。制御ＩＣ１５が有する各種端子には、「LED_B」端子Ｔ１、「T_SENSE」端子Ｔ２、「DPWM_A」端子Ｔ３、およびその他の不図示の端子（例えば「RESET」端子や「Enable」端子など）が含まれている。

金属異物検出部１５１は、充電台１を用いた充電によって発熱し得る金属異物（電力伝送に不必要で、偶発的に給電側と受電側の間に存在する金属の物体）の有無を検出する機能を有する。金属異物検出部１５１は、例えば、給電側（充電台１側）における電力の値と受電側（携帯電話機２側）における電力の値を監視し、これらの値の差分が異常に増大したときに金属異物を検出する。但し金属異物を検出する手法としては、その他の公知の手法を含め、種々の手法が採用され得る。

また金属異物検出部１５１は、金属異物を検出している間、第１検出信号Ｓd1および第２検出信号Ｓd2を継続的に出力する。なお第１検出信号Ｓd1は給電停止部１５２へ出力され、第２検出信号Ｓd2は「LED_B」端子Ｔ１を介して報知部１６へ出力される。なお第２検出信号Ｓd2は、Ｈレベルの電圧信号である。第２検出信号Ｓd2が出力されているときは「LED_B」端子Ｔ１の電位はＨレベルとなり、第２検出信号Ｓd2が出力されていないときは、「LED_B」端子Ｔ１の電位はＨレベルより低いＬレベル（例えば０Ｖ）となる。

第１検出信号Ｓd1はＰＭＯＤによる給電停止に用いられる信号であり、第２検出信号Ｓd2は金属異物が検出されたことの報知に用いられる信号である。なお、第１検出信号Ｓd1と第２検出信号Ｓd2は同じ信号であっても構わない。

給電停止部１５２は、「T_SENSE」端子Ｔ２の電位が基準値α以下（Ｌレベル）であるときに、温度異常信号Ｓeが入力されたと認識する。そして給電停止部１５２は、第１検出信号Ｓd1の入力および温度異常信号Ｓeの入力に応じて、給電を停止させるための停止信号Ｓsを生成する。生成された停止信号Ｓsは、「DPWM_A」端子Ｔ３を介してインバータ部１２へ出力される。

より具体的に説明すると、給電停止部１５２は、温度異常信号Ｓeが入力されたときに、直ちに停止信号Ｓsを生成して出力する。また給電停止部１５２は、第１検出信号Ｓd1を所定の（例えば２０秒の）ウェイト［Wait］時間に亘って継続して入力されたときに、停止信号Ｓsを生成して出力する。なおウェイト時間内に第１検出信号Ｓd1の入力が解消された場合には、停止信号Ｓsは生成されない。

停止信号Ｓsが出力されると、既に説明した通り、インバータ部１２は給電側電磁結合部１３への電力供給を停止させる。これにより、充電台１から携帯電話機２への給電は停止される。

このように制御ＩＣ１５（給電停止部１５２）は、主に金属異物の誤検出による給電停止を回避させる目的で、第１検出信号Ｓd1が入力されるときには、給電を停止させる前にウェイトを掛けるよう設計されている。なお温度異常の発生時には早急に給電を停止させることが望ましいため、給電停止部１５２は、温度異常信号Ｓeが入力されたときには、給電を直ちに停止させるよう設計されている。

報知部１６は、ＬＥＤ３４と抵抗３５を有している。ＬＥＤ３４のアノードは、抵抗３５を介して「LED_B」端子Ｔ１に接続されており、ＬＥＤ３４のカソードは接地されている。

ＬＥＤ３４は、制御ＩＣ１５が第２検出信号Ｓd2を出力しているとき（「LED_B」端子Ｔ１の電位がＨレベルであるとき）には、所定量の電流が流れることにより発光する。一方、制御ＩＣ１５が第２検出信号Ｓd2を出力していないとき（「LED_B」端子Ｔ１の電位がＬレベルであるとき）には、ＬＥＤ３４は発光しない。

このように報知部１６は、ＬＥＤ３４が発光することによって、金属異物が検出されたことをユーザ等へ報知する。但し報知部１６が行う報知の形態は、ＬＥＤを利用するものには限定されない。例えば、報知部１６はＬＥＤの代わりにスピーカを有しており、第２検出信号Ｓd2が出力されたときに当該スピーカが音を出すことで、金属異物が検出されたことをユーザ等へ報知するようになっていても良い。

バイパス回路１７は、「LED_B」端子Ｔ１と「T_SENSE」端子Ｔ２を繋ぐ回路である。バイパス回路１７は、「LED_B」端子Ｔ１から出力された第２検出信号Ｓd2が温度異常信号Ｓeとみなされる信号として、「T_SENSE」端子Ｔ２に入力されるようにする役割を果たす。

より具体的に説明すると、バイパス回路１７は、ＦＥＴ３６と各抵抗（３７、３８）を有している。ＦＥＴ３６のゲート端子は、抵抗３７を介して「LED_B」端子Ｔ１に接続され、ＦＥＴ３６のドレイン端子は、抵抗３８を介して「T_SENSE」端子Ｔ２に接続され、ＦＥＴ３６のソース端子は、接地点に接続されている。なおこれらの抵抗（３７、３８）は、過剰な電流が流れないようにするための調整用抵抗であり、多くの場合、０〜５０ｋΩ程度の抵抗値であることが好ましい。

ＦＥＴ３６のゲート端子は「LED_B」端子Ｔ１に接続されているため、制御ＩＣ１５が第２検出信号Ｓd2を出力しているとき（「LED_B」端子Ｔ１の電位がＨレベルであるとき）には、ＦＥＴ３６はオンの状態となる。これにより「T_SENSE」端子Ｔ２は抵抗３８を介して接地され、温度異常信号Ｓeが出力されているか否かに関わらず、「T_SENSE」端子Ｔ２の電位は強制的に基準値α以下（Ｌレベル）とされる。

このようにバイパス回路１７は、第２検出信号Ｓd2を、High/Lowの論理を反転させた修正済み第２検出信号Ｓd2´（基準値α以下の電圧信号）に変換した上で、「T_SENSE」端子Ｔ２に出力するものと言える。また修正済み第２検出信号Ｓd2´が「T_SENSE」端子Ｔ２へ出力されることにより、「T_SENSE」端子Ｔ２の電位は基準値α以下（Ｌレベル）となるため、給電停止部１５２は温度異常信号Ｓeが入力されたと認識する。

すなわち修正済み第２検出信号Ｓd2´は、給電停止部１５２において温度異常信号Ｓeとみなされる信号である。給電停止部１５２は、修正済み第２検出信号Ｓd2´が入力されることにより、温度異常信号Ｓeが入力された場合と同様に、充電台１から携帯電話機２への給電を直ちに（ウェイトを掛けることなく）停止させる。

一方、制御ＩＣ１５が第２検出信号Ｓd2を出力していないとき（「LED_B」端子Ｔ１の電位がＬレベルであるとき）には、ＦＥＴ３６はオフの状態であるため、「T_SENSE」端子Ｔ２の電位が強制的に基準値α以下（Ｌレベル）とされることはない。この場合には既に説明した通り、温度異常信号Ｓeが出力されていれば「T_SENSE」端子Ｔ２の電位は基準値α以下（Ｌレベル）となり、温度異常信号Ｓeが出力されていなければ「T_SENSE」端子Ｔ２の電位は基準値αを超える値（Ｈレベル）となる。

なお修正済み第２検出信号Ｓd2´が給電停止部１５２に入力されることにより、充電台１から携帯電話機２への給電が停止されても、このことによって「LED_B」端子Ｔ１における出力は影響を受けない。そのため充電台１の動作がリセットされるまでは、停止信号Ｓsの出力は継続され、給電停止が続くことにより安全性が確保される。

なお制御ＩＣ１５が「RESET」端子（リセット信号の入力を受付ける端子）を有するように設計されている場合、制御ＩＣ１５は、リセット信号が入力されたときに充電台１の動作をリセットさせるよう動作する。そしてこの場合にバイパス回路１７は、「T_SENSE」端子Ｔ２の代わりに、例えば「RESET」端子に接続されても良いように見える。しかしこのようにすると、修正済み第２検出信号Ｓd2´の入力によって給電を停止させた瞬間に、「LED_B」端子Ｔ１の電位がＬレベルに変化してしまい、給電停止の状態を継続させることが出来なくなる。本実施形態では、バイパス回路１７が「T_SENSE」端子Ｔ２に接続されているためこのような問題が起こらず、より十分な安全性の確保が可能である。

［従来例との構成比較］
本実施形態の充電台１の構成は、従来例の充電台５０の構成（図６および図７を参照）を大幅に改変することなく、最小限の安価・小型な回路付加によって実現可能である。例えば、本実施形態の充電台１における各部（１１〜１６）は、従来例の充電台５０における各部（５１〜５６）によって実現させることができる。この場合、本実施形態の充電台１の構成は、従来例の充電台５０の構成にバイパス回路１７（僅か１個のＦＥＴとその他の補助的な要素を有するだけの回路）を追加するだけで実現される。

そのため、例えばこれまでに従来例の充電台５０を製造しているケースでは、構成の改変に伴う製造コストの増大を出来るだけ抑えつつ、本実施形態の充電台１を製造することが可能である。なお充電台５０に準じた構成の充電台（例えば「bq500210」ＩＣ以外の制御ＩＣが用いられた充電台）を製造しているケースであっても、上述したバイパス回路に相当する回路を追加するだけで、本実施形態の充電台１に準じた構成の充電台を製造することが可能である。

［金属異物の温度上昇抑制］
以上に説明した通り、充電台１はバイパス回路１７を備えているため、金属異物が検出されたときには即座に給電の停止（ＰＭＯＤによる給電停止）がなされる。そのため充電台１は、金属異物の温度上昇をより確実に抑えることが可能となっている。このことをより理解容易とするため、本実施形態の充電台１および携帯電話機２を用いた給電実験の結果について、以下に説明する。

図３は、当該給電実験を行ったときのアルミ箔（金属異物）の温度、および給電コイルの入力電力の測定結果を表す。なお実験条件については、基本的に、従来例による給電実験の条件（図８等を参照）に合わせることとした。

図３に示すように本実施形態による給電実験では、アルミ箔が検出されたときに直ちに給電が停止されたため、従来例による実験に比べ、アルミ箔の温度が十分に低い段階で給電が停止された。その結果、アルミ箔は、危険なほどに温度上昇することはなかった。この結果が示すように本実施形態の充電台１は、金属異物の温度上昇を十分に抑制することができ、安全性に優れていると言える。

２．第２実施形態
次に第２実施形態について説明する。なお第２実施形態は、バイパス回路の構成に関する部分を除き、基本的に第１実施形態と同様である。以下の説明では、第１実施形態と異なる部分の説明に重点をおき、共通する部分については説明を省略することがある。

図４は、制御ＩＣ１５の周辺の具体的構成を示す。図４に示すように、充電台１には、基準電位点３１、各抵抗（３２、３５、３７、３８）、ＮＴＣサーミスタ３３、ＬＥＤ３４、およびＮＰＮ型のＢＪＴ［Bipolar Junction Transistor］４６が設けられている。このように第２実施形態のバイパス回路１７は、第１実施形態におけるＦＥＴ３６の代わりに、ＢＪＴ４６が設けられた構成となっている。

より具体的に説明すると、第２実施形態のバイパス回路１７は、ＢＪＴ４６と各抵抗（３７、３８）を有している。ＢＪＴ４６のベース端子は、抵抗３７を介して「LED_B」端子Ｔ１に接続され、ＢＪＴ４６のコレクタ端子は、抵抗３８を介して「T_SENSE」端子Ｔ２に接続され、ＢＪＴ４６のエミッタ端子は、接地点に接続されている。

ＢＪＴ４６のベース端子は「LED_B」端子Ｔ１に接続されているため、制御ＩＣ１５が第２検出信号Ｓd2を出力しているとき（「LED_B」端子Ｔ１の電位がＨレベルであるとき）には、ＢＪＴ４６はオンの状態となる。これにより「T_SENSE」端子Ｔ２は抵抗３８を介して接地され、温度異常信号Ｓeが出力されているか否かに関わらず、「T_SENSE」端子Ｔ２の電位は強制的に基準値α以下（Ｌレベル）とされる。

このようにバイパス回路１７は、第１実施形態の場合と同様に、第２検出信号Ｓd2のHigh/Lowの論理を反転させた修正済み第２検出信号Ｓd2´を出力するものと言える。また修正済み第２検出信号Ｓd2´が「T_SENSE」端子Ｔ２へ出力されることにより、「T_SENSE」端子Ｔ２の電位は基準値α以下（Ｌレベル）となるため、給電停止部１５２は温度異常信号Ｓeが入力されたと認識する。

すなわち修正済み第２検出信号Ｓd2´は、給電停止部１５２において温度異常信号Ｓeとみなされる信号である。給電停止部１５２は、修正済み第２検出信号Ｓd2´が入力されることにより、温度異常信号Ｓeが入力された場合と同様に、充電台１から携帯電話機２への給電を直ちに（ウェイトを掛けることなく）停止させる。

一方、制御ＩＣ１５がＬレベルの異物報知用信号Ｓiを出力していないとき（「LED_B」端子Ｔ１の電位がＬレベルであるとき）には、ＢＪＴ４６はオフの状態であるため、「T_SENSE」端子Ｔ２の電位が強制的に基準値α以下（Ｌレベル）とされることはない。この場合には既に説明した通り、温度異常信号Ｓeが出力されていれば「T_SENSE」端子Ｔ２の電位は基準値α以下（Ｌレベル）となり、温度異常信号Ｓeが出力されていなければ「T_SENSE」端子Ｔ２の電位は基準値αを超える値（Ｈレベル）となる。

このように第２実施形態のバイパス回路１７は、ＦＥＴ３６がＢＪＴ４６に置換えられた構成となっているが、第１実施形態の場合と同等の機能を有する。なおバイパス回路１７の具体的構成については、以上に説明した構成の他、その主旨を逸脱しない範囲において種々の変形を加えることが可能である。

３．その他
以上に説明した通り、各実施形態に係る無接点給電装置１は、制御ＩＣ１５（制御装置の一形態）を有している。なお制御ＩＣ１５は、「LED_B」端子（第１端子）と「T_SENSE」端子（第２端子）を有し、金属異物を検出したときに第２検出信号Ｓd2（異物検出信号）を「LED_B」端子から出力し、温度異常を表す温度異常信号Ｓeが「T_SENSE」端子に入力されたときに無接点給電装置１の電力供給を抑制する。

また更に無接点給電装置１は、バイパス回路１７を更に備えている。バイパス回路１７は、「LED_B」端子と「T_SENSE」端子に接続され、「LED_B」端子から出力された第２検出信号Ｓd2が温度異常信号Ｓeとみなされる信号（修正済み第２検出信号Ｓd2´）として「T_SENSE」端子に入力されるようにする回路である。

本発明に係る無接点給電装置は、基本的には、各種の一般的な制御装置（第１端子と第２端子を有し、金属異物を検出したときに異物検出信号を第１端子から出力し、温度異常を表す温度異常信号が第２端子に入力されたときに無接点給電装置の電力供給を抑制する装置）を用いた無接点給電装置に、バイパス回路を追加した構成とすることで実現可能である。

そしてバイパス回路を追加したことにより、金属異物が検出されたときに疑似的に温度異常が検出されたと認識させ、電力供給を抑制させることが可能である。そのため本発明に係る無接点給電装置によれば、製造コスト等を抑えつつ、金属異物の温度上昇がより確実に抑えられるようにすることが容易である。

また本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

本発明は、各種の無接点給電装置等に利用することができる。

１ 充電台（無接点給電装置）
１１ 電源安定化部
１２ インバータ部
１３ 給電側電磁結合部
１４ 温度異常検出部
１５ 制御ＩＣ（制御装置）
１５１ 金属異物検出部
１５２ 給電停止部
１６ 報知部
１７ バイパス回路
２ 携帯電話機
２１ 受電側電磁結合部
２２ 整流・安定化部
２３ バッテリ
３ 外部電源
３１ 基準電位点
３２ 抵抗（第１分圧抵抗）
３３ ＮＴＣサーミスタ（第２分圧抵抗）
３４ ＬＥＤ
３５ 抵抗
３６ ＦＥＴ
３７、３８ 抵抗
４６ ＢＪＴ
Ｔ１ 「LED_B」端子（第１端子）
Ｔ２ 「T_SENSE」端子（第２端子）
Ｔ３ 「DPWM_A」端子

Claims (9)

1. 無接点電力伝送方式により電力供給を行うものであり、
   第１端子と第２端子を有し、金属異物を検出したときに異物検出信号を第１端子から出力し、温度異常を表す温度異常信号が第２端子に入力されたときに前記電力供給を抑制する制御装置を備えた無接点給電装置であって、
   第１端子と第２端子に接続され、第１端子から出力された前記異物検出信号が前記温度異常信号とみなされる信号として第２端子に入力されるようにするバイパス回路を、更に備えたことを特徴とする無接点給電装置。
2. 温度異常が生じたときに前記温度異常信号を生成して第２端子に出力する温度異常検出部と、
   第１端子から前記異物検出信号が出力されたときに、金属異物が検出されたことの報知を行う報知部と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の無接点給電装置。
3. 前記制御装置は、
   前記温度異常信号が第２端子に入力されたときに前記電力供給を停止させることを特徴とする請求項２に記載の無接点給電装置。
4. 前記温度異常検出部は、
   ＮＴＣサーミスタを含む複数の分圧抵抗を有し、
   所定電位の基準電位点とこれより低い電位の接地点との間の電圧を、前記複数の分圧抵抗を用いて分圧することにより、前記温度異常信号を生成することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の無接点給電装置。
5. 前記温度異常検出部は、
   前記基準電位点が第１分圧抵抗とＮＴＣサーミスタである第２分圧抵抗を順に介して前記接地点に接続されるとともに、第１分圧抵抗と第２分圧抵抗との接続点が第２端子に接続されており、所定の基準値以下の電圧信号を前記温度異常信号として生成するように形成されており、
   前記バイパス回路は、
   前記異物検出信号を前記基準値以下の電圧信号に変換した上で、第２端子に出力することを特徴とする請求項４に記載の無接点給電装置。
6. 前記バイパス回路は、ＮチャンネルNormally Off型のＦＥＴを有しており、
   前記ＦＥＴのゲート端子は、抵抗を介して第１端子に接続され、
   前記ＦＥＴのドレイン端子は、抵抗を介して第２端子に接続され、
   前記ＦＥＴのソース端子は、前記接地点に接続されていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の無接点給電装置。
7. 前記バイパス回路は、ＮＰＮ型のＢＪＴを有しており、
   前記ＢＪＴのベース端子は、抵抗を介して第１端子に接続され、
   前記ＢＪＴのコレクタ端子は、抵抗を第２端子に接続され、
   前記ＢＪＴのエミッタ端子は、前記接地点に接続されていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の無接点給電装置。
8. 前記報知部は、
   ＬＥＤの点灯または音を出すことによって、前記報知を行うことを特徴とする請求項２から請求項５の何れかに記載の無接点給電装置。
9. 給電コイルを有しており、
   受電コイルを有した無接点受電装置に対して、前記給電コイルと前記受電コイルを用いた電磁誘導方式の電力伝送によって前記電力給電を行う請求項１から請求項８の何れかに記載の無接点給電装置。