ワイヤレス電力伝送装置
【課題】一次−二次コイル間の相対位置を検出することができるワイヤレス電力伝送装置を提供することを目的とする。
【解決手段】二次コイル２１に対して電磁誘導により電力を供給する一次コイル１９と、一次コイル１９に交流電力を供給する駆動回路１７と、駆動回路１７に供給される入力電流Ｉｉｎを検出する電流検出回路１１と、電流検出回路１１の検出結果が供給される制御回路１５を備え、制御回路１５が駆動回路１７を所定の駆動周波数ｆｄｒで駆動するとともに、そのときに流れる入力電流Ｉｉｎに基づいて一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置を検出することを特徴とする。
【解決手段】二次コイル２１に対して電磁誘導により電力を供給する一次コイル１９と、一次コイル１９に交流電力を供給する駆動回路１７と、駆動回路１７に供給される入力電流Ｉｉｎを検出する電流検出回路１１と、電流検出回路１１の検出結果が供給される制御回路１５を備え、制御回路１５が駆動回路１７を所定の駆動周波数ｆｄｒで駆動するとともに、そのときに流れる入力電流Ｉｉｎに基づいて一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置を検出することを特徴とする。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やデジタルカメラ、ノートパソコンなどの電子機器に対して非接触で電力を伝送する方式が普及してきている。送電器に内蔵される一次コイルから発生する交流磁場により、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。
【０００３】
一次コイルと二次コイルの相対位置がずれると、各コイル間の結合係数が小さくなるため、所望の電力を伝送することができなくなったり、電力伝送効率が低下したりしてしまう。この問題を回避するためには、一次−二次コイル間の相対位置がある範囲内になければならない。そのため、一次−二次コイル間の相対位置が所定の範囲内にあることを検出する手段が必要となる。
【０００４】
特許文献１には、電子機器などの受電器に内蔵される二次コイルの位置を検出する手段が記載されている。送電器に対する電子機器などの受電器の位置が正常なセット位置からずれると、一次コイルと二次コイルの電磁結合が小さくなり、一次コイルの等価インピーダンスが変化し、一次コイルの消費電力が減少する。このように、一次コイルと二次コイルの相対位置によって、一次コイルの消費電力や一次コイルに流れる電流、一次コイルの共振周波数、一次コイルのインピーダンスが変化する。これらの変化を検出することで送電器に対する電子機器などの受電器の位置を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１４１９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、このような位置検出方法は、一次コイルに対する二次コイルの位置が正常なセット位置にあるかないかを検出するだけである。特許文献１には、具体的な検出方法や位置ずれ量の求め方は記載されていない。また、入力電圧など様々な変動要因に対する位置検出誤差の対策がされておらず、位置検出の精度が悪いという問題がある。
【０００７】
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、一次−二次コイル間の相対位置を検出することができるワイヤレス電力伝送装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、該一次コイルに交流電力を供給する駆動回路と、該駆動回路に供給される入力電流を検出する電流検出回路と、該電流検出回路の検出結果が供給される制御回路を備え、該制御回路が該駆動回路を所定の駆動周波数で駆動するとともに、そのときに流れる該入力電流に基づいて該一次コイルと該二次コイル間の相対位置を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、一次−二次コイル間の相対位置を検出することができるワイヤレス電力伝送装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施例におけるワイヤレス電力伝送装置のブロック図
【図２】一次コイルと二次コイルの位置関係を示す斜視図
【図３】送電器と受電器の断面図
【図４】駆動回路の一例を示す回路図
【図５】駆動信号のパルスパターン
【図６】スイッチング素子の動作の一例を示すタイミングチャート
【図７】一次コイルに電流を供給したときの入力電流の波形図
【図８】一次コイルと二次コイルの中心軸間の水平距離に対する検出電圧
【図９】一次コイルと二次コイルの中心軸間の水平距離に対する結合係数
【図１０】駆動周波数を一定とし、検出用二次共振周波数が変動したときにおける、一次コイルと二次コイルの中心軸間の水平距離に対する検出電圧
【図１１】検出用二次共振周波数と駆動周波数の差を一定とし、検出用二次共振周波数が変動したときにおける、一次コイルと二次コイルの中心軸間の水平距離に対する検出電圧
【図１２】本発明の第２の実施例におけるワイヤレス電力伝送装置のブロック図
【図１３】入力電圧が変動したときにおける、一次コイルと二次コイルの中心軸間の水平距離に対する検出電圧
【図１４】入力電圧が変動したときにおける、一次コイルと二次コイルの中心軸間の水平距離に対する補正後の検出電圧
【図１５】本発明の第３の実施例におけるワイヤレス電力伝送装置のブロック図
【図１６】本発明の第３の実施例におけるワイヤレス電力伝送装置の一例を示す斜視図
【図１７】位置ずれ方向の検出手段を設けたワイヤレス電力伝送装置の一例を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を用いて実施例を説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１に本発明の第１の実施例における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、電流検出回路１１、制御回路１５、入力平滑コンデンサ１６、駆動回路１７、一次コンデンサ１８、一次コイル１９を備える。電流検出回路１１は、電流検出抵抗１２、誤差増幅器１３、アナログ／デジタル変換器１４より構成されている。受電器２０は、二次コイル２１、二次コンデンサ２２、検出用コンデンサ２３、整流回路２４、出力平滑コンデンサ２５、インピーダンス素子２６、制御回路２７、負荷開閉スイッチ２８、負荷２９を備える。
【００１３】
まず、送電器１０の構成について説明する。駆動回路１７には、電流検出抵抗１２を介して直流電源ＤＣから入力電圧Ｖｉｎが供給される。電流検出抵抗１２には、入力電流Ｉｉｎが流れる。誤差増幅器１３は、電流検出抵抗１２の両端電圧を増幅し、増幅された電圧信号をアナログ／デジタル変換器１４を介して制御回路１５に供給する。駆動回路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１５から供給される駆動信号Ｓｄｒにより制御される。駆動回路１７の入力端には、入力平滑コンデンサ１６が接続されており、駆動回路１７の出力端には、一次コイル１９と一次コンデンサ１８が直列接続されている。駆動回路１７は、一次コイル１９と一次コンデンサ１８に交流電力を供給する。一例として、駆動回路１７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。
【００１４】
次に、受電器２０の構成について説明する。二次コイル２１は、電磁誘導作用により一次コイル１９から電力を受電する。二次コイル２１の両端には、二次コンデンサ２２を介して検出用コンデンサ２３が接続されている。検出用コンデンサ２３に印加される電圧は、整流回路２４により整流される。整流回路２４の出力端には、出力平滑コンデンサ２５、インピーダンス素子２６および制御回路２７が並列に接続されている。出力平滑コンデンサ２５は、出力電圧Ｖｏｕｔのリプルを除去するものである。インピーダンス素子２６は、受電器２０に設けられるＬＥＤや電圧レギュレータなどの素子を示すものである。また、整流回路２４の出力端には、負荷開閉スイッチ２８を介して二次電池などの負荷２９が接続されている。受電器２０に設けられたインピーダンス素子２６や負荷開閉スイッチ２８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２７により制御される。負荷２９は、負荷開閉スイッチ２８により受電器２０の回路から切り離すことができる。二次コイル２１が得た電力を負荷２９に供給する場合は、負荷開閉スイッチ２８が閉じられ、負荷２９に出力電圧Ｖｏｕｔが印加される。
【００１５】
以下、一次コイル１９に供給される交流電力の周波数を駆動周波数ｆｄｒとする。また、一次コイル１９と一次コンデンサ１８で構成される一次ＬＣ共振回路の共振周波数を一次共振周波数ｆｐとする。また、二次コイル２１と二次コンデンサ２２で構成される二次ＬＣ共振回路の共振周波数を二次共振周波数ｆｓとする。また、二次コイル２１と二次コンデンサ２２と検出用コンデンサ２３で構成される共振回路の共振周波数を検出用二次共振周波数ｆｄとする。
【００１６】
図２は、一次コイル１９と二次コイル２１の位置関係を示す斜視図である。一次コイル１９と二次コイル２１はそれぞれ平面で薄型の構造となっており、対向するように配置されている。一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の距離を水平距離Ｄ、一次コイル１９と二次コイル２１の相対向する面の間の距離をギャップＧとする。
【００１７】
図３は、送電器１０と受電器２０の断面図である。一次コイル１９は送電器１０のケース４１、二次コイル２１は受電器２０のケース５１にそれぞれ収納されている。一次コイル１９と二次コイル２１の相対向する面の反対側の面に磁性体４２、５２がそれぞれ設けられている。送電器１０のケース４１の表面に受電器２０のケース５１が載置されている。一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の距離を水平距離Ｄとする。一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸がずれた場合でも、各ケースの厚さ等により、ギャップＧはほぼ一定の値となる。
【００１８】
次に、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置の検出動作について、具体的に説明する。ここでは、駆動回路１７としてフルブリッジ回路を用いるとする。図４は、駆動回路の一例を示す回路図である。駆動回路１７は、フルブリッジ回路を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４より構成されている。
【００１９】
まず、位置検出を行うときに受電器２０に設けられている負荷開閉スイッチ２８をオープンにする。そして、制御回路１５は、ある一定の周期で決められた時間だけ、所定の駆動信号Ｓｄｒを駆動回路１７に供給する。ここで、駆動信号Ｓｄｒのパルスパターンの一例を図５に示す。時刻ｔａになると、所定の周波数のパルス波の供給が開始される。オン期間Ｔｏｎが経過した時刻ｔｂになると、パルス波の供給が止まる。さらにオフ期間Ｔｏｆｆが経過した時刻ｔｃになると、再度所定の周波数のパルス波の供給が開始される。このように、駆動回路１７には、制御回路１５から、ある一定の周期Ｔｓで決められたオン期間Ｔｏｎだけパルス波が供給される。一例として、周期Ｔｓは２００ｍｓ、オン期間Ｔｏｎは３ｍｓに設定する。オン期間Ｔｏｎの間、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は駆動信号Ｓｄｒに応じてオンオフ制御され、一次コイル１９に交流電力が供給される。一方、オフ期間Ｔｏｆｆの間は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４をオン、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３をオフに切り替え、一次コイル１９に交流電力は供給されない。もしくは、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４をオフ、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３をオンに切り替える。オフ期間Ｔｏｆｆの間、すべてのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオフとしないのは、一次コイル１９に大きなフライバック電圧が発生するのを抑えるためである。周期Ｔｓやオン期間Ｔｏｎは、制御回路１５によって決定される。オン期間Ｔｏｎの間、駆動回路１７内のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、このような駆動信号Ｓｄｒによりオンオフ制御される。
【００２０】
ここで、駆動信号Ｓｄｒのオン期間Ｔｏｎにおけるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の動作の一例を示すタイミングチャートを図６に示す。時刻ｔ０において、スイッチング素子Ｑ４がオンに切り替わり、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４がオンになる。時刻ｔ１になると、スイッチング素子Ｑ１がオフに切り替わり、スイッチング素子Ｑ２のボディーダイオードとスイッチング素子Ｑ４で電流が回生する。時刻ｔ２になると、スイッチング素子Ｑ２がオンに切り替わり、スイッチング素子Ｑ２とスイッチング素子Ｑ４で電流の回生を継続する。時刻ｔ３になると、スイッチング素子Ｑ４がオフに切り替わり、スイッチング素子Ｑ２とスイッチング素子Ｑ４のボディーダイオードで電流の回生を継続する。時刻ｔ４になると、スイッチング素子Ｑ３がオンに切り替わり、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３がオンになる。時刻ｔ５になると、スイッチング素子Ｑ２がオフに切り替わり、スイッチング素子Ｑ１のボディーダイオードとスイッチング素子Ｑ３で電流が回生する。時刻ｔ６になると、スイッチング素子Ｑ１がオンに切り替わり、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ３で電流が回生する。時刻ｔ７になると、スイッチング素子Ｑ３がオフに切り替わり、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ３のボディーダイオードで電流が回生する。時刻ｔ８になると、再度スイッチング素子Ｑ４がオンに切り替わり、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４がオンになる。このような動作を繰り返すことで、一次コイル１９と一次コンデンサ１８に交流電力が供給される。時刻ｔ１とｔ４の間および時刻ｔ５とｔ８の間の期間は、デッドタイムＤＴを表す。デッドタイムＤＴを設けることで、スイッチング素子Ｑ１とＱ２もしくはスイッチング素子Ｑ３とＱ４が同時にオンとなるのを防ぎ、直流電源ＤＣが短絡するのを防止している。周期Ｔに対するスイッチング素子がオンとなる時間の割合をオンデューティとする。周期Ｔやスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオンデューティは、制御回路１５によって決定される。デッドタイムＤＴは、駆動周波数ｆｄｒとオンデューティにより決定される。
【００２１】
このように、制御回路１５によって、駆動周波数ｆｄｒやスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオンデューティなどが決められる。ここでは、駆動周波数ｆｄｒを７００ｋＨｚに設定する。また、検出用二次共振周波数ｆｄを１ＭＨｚとする。
【００２２】
駆動信号Ｓｄｒのオン期間Ｔｏｎに一次コイル１９に電流が供給される。そして、このときの入力電流Ｉｉｎを電流検出回路１１により検出する。ここで、一次コイル１９に電流を供給したときの入力電流Ｉｉｎの波形図を図７に示す。横軸は時間、縦軸は入力電流Ｉｉｎを示す。図７には、一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄを０ｍｍ、４ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍにそれぞれ設定したときの入力電流Ｉｉｎ波形を示している。時刻ｔａになると、駆動回路１７に所定の周波数のパルス波の供給が開始され、一次コイル１９と一次コンデンサ１８に電流が供給される。すると、図７に示すように入力電流Ｉｉｎが徐々に上昇していく。水平距離Ｄが０ｍｍ、４ｍｍ、１０ｍｍのときには、入力電流Ｉｉｎの立ち上がりにピークが現れている。水平距離Ｄが２０ｍｍのときには、入力電流Ｉｉｎは単調増加となっているが、その電流ピーク値は、水平距離Ｄが１０ｍｍのときより小さい。このように、入力電流Ｉｉｎのピーク値は、水平距離Ｄが短いほど大きくなるのが分かる。時刻ｔｂになると、駆動回路１７に供給されるパルス波の供給が止まる。すると、一次コイル１９と一次コンデンサ１８に電流が供給されなくなり、入力電流Ｉｉｎが減少する。
【００２３】
次に、一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄに対する検出電圧を図８に示す。横軸は一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄを示す。縦軸は検出電圧を示す。検出電圧は、入力電流Ｉｉｎが流れる電流検出抵抗１２の両端の電圧を誤差増幅器１２で増幅して検出したものであり、入力電流Ｉｉｎのピーク値を検出したものである。水平距離Ｄが０ｍｍのときに検出電圧、すなわち入力電流Ｉｉｎが最大値となる。そして、水平距離Ｄが長くなるのに従って入力電流Ｉｉｎが減少する。
【００２４】
次に、駆動周波数ｆｄｒと検出用二次共振周波数ｆｄの関係について説明する。二次コイル２１と二次コンデンサ２２および検出用コンデンサ２３で構成される共振回路は、検出用二次共振周波数ｆｄにおいてインピーダンスが最小になる。一次コイル１９の駆動周波数ｆｄｒを検出用二次共振周波数ｆｄに近づけると、一次コイル１９のインピーダンスが下がるため、一次コイル１９に流れる電流が増加する。一次コイル１９に供給される電流が増加するのに伴って、駆動回路１７に供給される電流も増え、入力電流Ｉｉｎが増加する。逆に、一次コイル１９の駆動周波数ｆｄｒを、検出用二次共振周波数ｆｄから遠ざけると一次コイル１９のインピーダンスが上がるため、一次コイル１９に流れる電流が減少する。一次コイル１９に供給される電流が減少するのに伴って、駆動回路１７に供給される電流も減り、入力電流Ｉｉｎが減少する。このように、駆動周波数ｆｄｒが変化すると、入力電流Ｉｉｎの値が変動してしまう。
【００２５】
よって、一次コイル１９の駆動周波数ｆｄｒを固定し、二次コイル２１を一次コイル１９に近づけると、一次コイル１９と二次コイル２１の結合係数が増加し、入力電流Ｉｉｎが増加する。また、一次コイル１９の駆動周波数ｆｄｒを固定し、二次コイル２１を一次コイル１９から遠ざけると、一次コイル１９と二次コイル２１の結合係数が減少し、入力電流Ｉｉｎが減少する。
【００２６】
このように、一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄと入力電流Ｉｉｎは相関関係にある。検出用二次共振周波数ｆｄに対する駆動周波数ｆｄｒを固定して、入力電流Ｉｉｎを測定することで、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置を求めることができる。具体的には、入力電流Ｉｉｎの検出結果をアナログ／デジタル変換器１４によりデジタル値に変換し、制御回路１５がデジタル値とあらかじめ作成しておいた変換表や変換式を用いて計算することで、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置を求めることができる。なお、最初に負荷開閉スイッチ２８をオープンにしたのは、負荷２９にバラつきがある場合に、入力電流Ｉｉｎの測定結果が変化してしまうのを防止するためである。
【００２７】
次に、一次コイル１９と二次コイル２１の結合係数について説明する。一次コイル１９と二次コイル２１は、ある結合係数を持って結合している。一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄに対する結合係数を図９に示す。横軸は一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄを示す。縦軸は結合係数を示す。水平距離Ｄが０ｍｍ、つまり一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸が一致しているときに結合係数が最大となっている。このとき、一次コイル１９から二次コイル２１への電力伝送効率が最大となる。そして、水平距離Ｄが長くなるのに従って、結合係数が減少していく。一次コイル１９と二次コイル２１の結合係数と入力電流Ｉｉｎは相関関係にある。これは、図８と図９に示した各曲線がほぼ相似形状になっていることからも分かる。よって、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置を求めるのと同様の手法により、一次コイル１９と二次コイル２１の結合係数を求めることもできる。
【００２８】
なお、駆動周波数ｆｄｒを検出用二次共振周波数ｆｄより低域側に設定すると、一次コイル１９に二次コイル２１を接近させたときに、入力電流Ｉｉｎの立ち上がりにピークが現れる。そのため、入力電流Ｉｉｎの検出感度がよく、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置を精度良く求めることができる。駆動周波数ｆｄｒが検出用二次共振周波数ｆｄに近いほど、二次コイル１９に誘起される電圧も大きくなるため、整流回路２４の逆耐電圧を越えてしまう恐れがある。これを防ぐためには、整流回路２４の入力端にツェナーダイオードなど、過電圧を防ぐための素子を設ければよい。駆動周波数ｆｄｒを検出用二次共振周波数ｆｄからある程度離して設定することで、過電圧が発生するのを防止するのと同時に、消費電力の増加を抑えることができる。駆動周波数ｆｄｒと検出用二次共振周波数ｆｄをどの程度離すかは、入力電流Ｉｉｎの検出感度や出力電圧Ｖｏｕｔ、消費電力などを勘案して決定する。
【００２９】
また、駆動回路１７のデューティ比、すなわちスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオンデューティを変えることでより検出感度を調整することもできる。駆動回路１７のオンデューティを増やすことで入力電流Ｉｉｎが増加し、検出感度を向上させることができる。
【００３０】
次に、検出用二次共振周波数ｆｄのバラつきについて説明する。送電器１０は、さまざまな電子機器に内蔵される受電器２０に対して電力伝送を行う。このとき、各電子機器の受電器２０内の検出用コンデンサ２３の容量値や二次コイル２１のインダクタンス値にバラつきが生じる場合がある。すると、それぞれの受電器２０ごとに、二次コイル２１と二次コンデンサ２２および検出用コンデンサ２３で構成される共振回路の共振周波数である検出用二次共振周波数ｆｄにバラつきが生じてしまう。そのため、受電器２０によって、駆動周波数ｆｄｒと検出用二次共振周波数ｆｄの差が変わることになる。検出用二次共振周波数ｆｄが変動すると、一次−二次コイルの相対位置検出時の駆動周波数ｆｄｒに対して、二次コイル２１と二次コンデンサ２２と検出用コンデンサ２３のインピーダンスが変化することになる。このため、それぞれの受電器２０によって、検出する入力電流Ｉｉｎが変動してしまい、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置の検出結果に影響を及ぼすことが考えられる。
【００３１】
図１０は、駆動周波数ｆｄｒを一定とし、検出用二次共振周波数ｆｄが変動したときにおける、一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄに対する検出電圧を示すグラフである。横軸は一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄを示す。縦軸は検出電圧を示す。このときの駆動周波数ｆｄｒは７００ｋＨｚである。駆動周波数ｆｄｒと検出用二次共振周波数ｆｄの差が変化すると、入力電流Ｉｉｎが変動してしまうため、検出電圧にバラつきが生じるのが分かる。
【００３２】
検出用二次共振周波数ｆｄが１．０ＭＨｚのときにおいて、水平距離Ｄが６ｍｍのときの検出電圧をＴＨ１、水平距離Ｄが１０ｍｍのときの検出電圧をＴＨ２とする。検出電圧がＴＨ１およびＴＨ２に対して、どのような範囲にあるか検出することで、一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄが６ｍｍ以内にあるのか、６〜１０ｍｍの範囲内にあるのか、１０ｍｍ以上の範囲にあるのかを検出することができる。
【００３３】
検出用二次共振周波数ｆｄが９００ｋＨｚに変動すると、水平距離Ｄが６．３ｍｍ以内のときに検出電圧がＴＨ１より大きく、水平距離Ｄが６．３〜１１．０ｍｍの範囲内のときに検出電圧がＴＨ１より小さくかつＴＨ２より大きく、水平距離Ｄが１１．０ｍｍ以上の範囲のとき検出電圧がＴＨ２より小さくなる。また、検出用二次共振周波数ｆｄが１．１ＭＨｚに変動すると、水平距離Ｄが０ｍｍのときに検出電圧がＴＨ１と等しくなり、水平距離Ｄが０〜８．４ｍｍの範囲内のときに検出電圧がＴＨ１より小さくかつＴＨ２より大きく、水平距離Ｄが８．４ｍｍ以上の範囲のとき検出電圧がＴＨ２より小さくなる。
【００３４】
このように、検出用二次共振周波数ｆｄが変動すると、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置の検出結果に大きな誤差が生じてしまう。この誤差を抑制するためには、検出用二次共振周波数ｆｄが変動したことによる入力電流Ｉｉｎの変化分を打ち消すように、駆動周波数ｆｄｒを設定すればよい。
【００３５】
図１１は、検出用二次共振周波数ｆｄと駆動周波数ｆｄｒの差を一定とし、検出用二次共振周波数ｆｄが変動したときにおける、一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄに対する検出電圧を示すグラフである。横軸は一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄを示す。縦軸は検出電圧を示す。ここでは、駆動周波数ｆｄｒを検出用二次共振周波数ｆｄより３００ｋＨｚ低い値に設定した。
【００３６】
検出用二次共振周波数ｆｄが１．０ＭＨｚの特性曲線は、図１０に示したものと同じである。検出用二次共振周波数ｆｄが９００ｋＨｚのときの駆動周波数は６００ｋＨｚ、検出用二次共振周波数ｆｄが１．１ＭＨｚのときの駆動周波数ｆｄｒは８００ｋＨｚである。
【００３７】
検出用二次共振周波数ｆｄが９００ｋＨｚに変動すると、水平距離Ｄが６．６ｍｍ以内のときに検出電圧がＴＨ１より大きく、水平距離Ｄが６．６〜９．８ｍｍの範囲内のときに検出電圧がＴＨ１より小さくかつＴＨ２より大きく、水平距離Ｄが９．８ｍｍ以上の範囲のとき検出電圧がＴＨ２より小さくなる。また、検出用二次共振周波数ｆｄが１．１ＭＨｚに変動すると、水平距離Ｄが６．９ｍｍ以内のときに検出電圧がＴＨ１より大きく、水平距離Ｄが６．９〜１０．８ｍｍの範囲内のときに検出電圧がＴＨ１より小さくかつＴＨ２より大きく、水平距離Ｄが１０．８ｍｍ以上の範囲のとき検出電圧がＴＨ２より小さくなる。
【００３８】
これらの測定結果より、検出用二次共振周波数ｆｄと駆動周波数ｆｄｒの差を一定に調整する前と後とを比較する。検出用二次共振周波数ｆｄが９００ｋＨｚ〜１．１ＭＨｚの間で変動した場合、検出電圧がＴＨ１となる水平距離Ｄの範囲は、調整前は０〜６．３ｍｍであったのに対し、調整後は６〜６．９ｍｍとなった。また、検出電圧がＴＨ２となる水平距離Ｄの範囲は、調整前は８．４〜１１．０ｍｍであったのに対し、調整後は１０〜１０．８ｍｍとなった。このように検出用二次共振周波数ｆｄと駆動周波数ｆｄｒの差を一定にすることで、検出用二次共振周波数ｆｄが変動したことによる入力電流Ｉｉｎの検出結果の変動を抑えることができる。
【００３９】
さまざまな受電器２０に対して電力伝送を行う場合、検出用二次共振周波数ｆｄにバラつきが生じる。これを補償するためには、各コイルの相対位置すなわち入力電流Ｉｉｎを検出する前に、受電器２０の検出用二次共振周波数ｆｄを測定し、その測定結果に基づいて駆動周波数ｆｄｒを設定すればよい。例えば、相対位置を検出する前に制御回路１５から駆動回路１７に供給する駆動信号Ｓｄｒの周波数を連続的に変化し、そのときの入力電流Ｉｉｎの反応から検出用二次共振周波数ｆｄを測定しておく。そして、測定した検出用二次共振周波数ｆｄに基づいて、相対位置を検出する際の駆動周波数ｆｄｒを設定すればよい。例えば、測定した検出用二次共振周波数ｆｄから、一定値離れた周波数を計算する。そして相対位置の検出時には、計算した周波数により一次コイル１９を駆動する。このような制御を行うことで、個々の受電器２０の検出用二次共振周波数ｆｄにバラつきがある場合でも、入力電流Ｉｉｎの変動を抑制することができる。また、インピーダンス素子２６の変動やバラつきによる入力電流Ｉｉｎの変化を抑制するため、駆動周波数ｆｄｒを二次共振周波数ｆｓより検出用二次共振周波数ｆｄに近い値に設定するが好ましい。
【００４０】
このように、受電器２０の検出用二次共振周波数ｆｄに応じて、駆動周波数ｆｄｒを設定することで、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置を精度よく求めることができる。なお、上述した駆動周波数ｆｄｒの設定方法はあくまで一例である。検出用二次共振周波数ｆｄが変動したことによる入力電流Ｉｉｎの変化分を打ち消すように、駆動周波数ｆｄｒを設定するのであれば、どのような値に設定しても構わない。また、検出用二次共振周波数ｆｄを測定するときに駆動周波数ｆｄｒをスイープさせなくともよい。あらかじめいくつかの周波数を設定し、各周波数で一次コイル１９を駆動したときの入力電流Ｉｉｎの値から検出用二次共振周波数ｆｄを求め、駆動周波数ｆｄｒを設定してもよい。
【実施例２】
【００４１】
図１２に本発明の第２の実施例におけるワイヤレス電力伝送装置のブロック図を示す。なお、第１の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６０は、第１の実施例に示した送電器１０に電圧検出回路６１をさらに設けたものである。電圧検出回路６１は、直流電源ＤＣから供給される入力電圧Ｖｉｎを検出し、検出結果を制御回路１５に供給する。受電器２０の構成は、第１の実施例に示したものと同一である。
【００４２】
一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置は、駆動回路１７に供給される入力電流Ｉｉｎに基づいて検出している。そのため、直流電源ＤＣから供給される入力電圧Ｖｉｎが何らかの外的要因により変動してしまうと、それに伴い入力電流Ｉｉｎが変動してしまう。そのため、入力電流Ｉｉｎの検出結果が変動し、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置の検出結果などに影響する場合がある。
【００４３】
図１３は、入力電圧Ｖｉｎが変動したときにおける、一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄに対する検出電圧を示すグラフである。横軸は一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄを示す。縦軸は検出電圧を示す。入力電圧Ｖｉｎが増加すると入力電流Ｉｉｎも増加し、入力電圧Ｖｉｎが減少すると入力電流Ｉｉｎも減少するのが分かる。ここでは、入力電圧Ｖｉｎが５．２Ｖを標準値として、入力電圧Ｖｉｎが４．５Ｖおよび５．５Ｖに変動したときの各コイル間の位置ズレ特性を測定した。
【００４４】
入力電圧Ｖｉｎが５．２Ｖのときにおいて、水平距離Ｄが６ｍｍのときの検出電圧をＴＨ３、水平距離Ｄが１０ｍｍのときの検出電圧をＴＨ４とする。検出電圧がＴＨ３およびＴＨ４に対して、どのような範囲にあるか検出することで、一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄが６ｍｍ以内にあるのか、６〜１０ｍｍの範囲内にあるのか、１０ｍｍ以上の範囲にあるのかを検出することができる。
【００４５】
入力電圧Ｖｉｎが４．５Ｖに変動すると、水平距離Ｄが４．４ｍｍ以内のときに検出電圧がＴＨ３より大きく、水平距離Ｄが４．４〜８．８ｍｍの範囲内のときに検出電圧がＴＨ３より小さくかつＴＨ４より大きく、水平距離Ｄが８．８ｍｍ以上の範囲のとき検出電圧がＴＨ４より小さくなる。また、入力電圧Ｖｉｎが５．５Ｖに変動すると、水平距離Ｄが８．２ｍｍ以内のときに検出電圧がＴＨ３より大きく、水平距離Ｄが８．２〜１１．６ｍｍの範囲内のときに検出電圧がＴＨ３より小さくかつＴＨ４より大きく、水平距離Ｄが１１．６ｍｍ以上の範囲のとき検出電圧がＴＨ４より小さくなる。
【００４６】
このように、入力電圧Ｖｉｎが変動すると、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置の検出結果に大きな誤差が生じてしまう。この誤差を抑制するためには、入力電圧Ｖｉｎが変動したことによる入力電流Ｉｉｎの変化分を打ち消すように、制御回路１５により検出電圧の値を補正すればよい。
【００４７】
図１４は、入力電圧Ｖｉｎが変動したときにおける、一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄに対する補正後の検出電圧を示すグラフである。横軸は一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄを示す。縦軸は補正後の検出電圧を示す。ここでは、補正係数ｋ＝（５．２／Ｖｉｎ）＾１．３とし、補正後の検出電圧とは、検出電圧に対してこの補正係数ｋを乗じて求めた値である。入力電圧Ｖｉｎが５．２Ｖの標準値であるときは、補正係数ｋは１となる。入力電圧Ｖｉｎが５．２Ｖより大きくなると補正係数ｋは１より小さく、入力電圧Ｖｉｎが５．２Ｖより小さくなると補正係数ｋは１より大きくなる。
【００４８】
入力電圧Ｖｉｎが５．２Ｖのときの特性曲線は、図１３に示したものと同じである。入力電圧Ｖｉｎが４．５Ｖおよび５．５Ｖのときの特性曲線は、入力電圧Ｖｉｎの変動に応じて検出電圧の値を補正したものである。
【００４９】
入力電圧Ｖｉｎが４．５Ｖに変動すると、水平距離Ｄが６．２ｍｍ以内のときに検出電圧がＴＨ３より大きく、水平距離Ｄが６．２〜１０．２ｍｍの範囲内のときに検出電圧がＴＨ３より小さくかつＴＨ４より大きく、水平距離Ｄが１０．２ｍｍ以上の範囲のとき検出電圧がＴＨ４より小さくなる。また、入力電圧Ｖｉｎが５．５Ｖに変動すると、水平距離Ｄが７．５ｍｍ以内のときに検出電圧がＴＨ３より大きく、水平距離Ｄが７．５〜１１．２ｍｍの範囲内のときに検出電圧がＴＨ３より小さくかつＴＨ４より大きく、水平距離Ｄが１１．２ｍｍ以上の範囲のとき検出電圧がＴＨ４より小さくなる。
【００５０】
これらの測定結果より、入力電流Ｉｉｎの検出結果を補正する前と後とを比較する。入力電圧Ｖｉｎが４．５〜５．５Ｖの間で変動した場合、検出電圧がＴＨ３となる水平距離Ｄの範囲は、補正前は４．４〜８．２ｍｍであったのに対し、補正後は６〜７．５ｍｍとなった。また、検出電圧がＴＨ４となる水平距離Ｄの範囲は、補正前は８．８〜１１．６ｍｍであったのに対し、補正後は１０〜１１．２ｍｍとなった。このように入力電圧Ｖｉｎの変動に応じて検出電圧を補正することで、入力電圧Ｖｉｎが変動したことによる入力電流Ｉｉｎの検出結果の変動を抑制することができる。
【００５１】
電圧検出回路６１により入力電圧Ｖｉｎの検出を行い、制御回路１５は入力電圧Ｖｉｎが変動したことによる入力電流Ｉｉｎの変化分を打ち消すように、入力電流Ｉｉｎの検出結果を補正する。入力電流Ｉｉｎの検出結果の補正は、例えばマイコンなどで構成される制御回路１５により行えばよい。このように、入力電圧Ｖｉｎの変動に応じて、入力電流Ｉｉｎの検出結果を補正することで、入力電圧Ｖｉｎが変動した場合でも一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置を精度よく求めることができる。なお、上述した補正係数ｋはあくまで一例である。入力電圧Ｖｉｎが変動したことによる入力電流Ｉｉｎの変化分を打ち消すような補正であれば、どのような演算を行っても構わない。
【実施例３】
【００５２】
図１５に本発明の第３の実施例におけるワイヤレス電力伝送装置のブロック図を示す。なお、第１の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７０は、第１の実施例に示した送電器１０に報知手段７１をさらに設けたものである。報知手段７１は、一例としてＬＥＤ７１ａ、ブザー７１ｂ、振動体７１ｃなどにより構成される。ＬＥＤ７１ａ、ブザー７１ｂ、振動体７１ｃは、制御回路１５から供給される信号により駆動される。受電器２０の構成や一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置の検出動作は、上述した実施例と同一である。
【００５３】
制御回路１５は、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置の検出結果に基づいて報知手段７１を制御する。制御回路１５は、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置がどの程度であるのかによって報知手段７１の動作を変化させる。ユーザは、送電器７０に受電器２０を載置するときに報知手段７１の動作を確認することにより、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置を認識することができる。
【００５４】
図１６は、本発明の第３の実施例におけるワイヤレス電力伝送装置の一例を示す斜視図である。送電器７０のケース４１内に一次コイル１９が設けられている。受電器２０のケース５１内に二次コイル２１が設けられている。送電器７０のケース４１表面には、報知手段７１が設けられている。報知手段７１は、十字状に配置されたＬＥＤより構成されている。報知手段７１は、中央ＬＥＤ８１、４つの内側ＬＥＤ８２ａ〜８２ｄ、４つの外側ＬＥＤ８３ａ〜８３ｄの９つのＬＥＤより構成されている。９つのＬＥＤは、中央ＬＥＤ８１を中心に十字状に配置されている。中央ＬＥＤ８１から等距離に各内側ＬＥＤ８２ａ〜８２ｄが配置されている。同様に、中央ＬＥＤ８１から等距離に各外側ＬＥＤ８３ａ〜８３ｄが配置されている。中央ＬＥＤ８１と各外側ＬＥＤ８３ａ〜８３ｄの間にそれぞれ内側ＬＥＤ８２ａ〜８２ｄが配置されている。一次コイル１９から二次コイル２１に効率よく電力伝送を行うためには、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置を近づける必要がある。そのため、ユーザは受電器２０を図中の矢印Ｐの方向に動かし、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置が近づくように受電器２０の位置合わせを行う。
【００５５】
次に、各ＬＥＤ８１、８２ａ〜８３ｄ、８３ａ〜８３ｄの動作について説明する。ここでは、制御回路１５が検出した各コイル間の相対位置に基づいて、以下（Ａ）〜（Ｄ）の４つの状態を報知手段７１により報知するものとする。
（Ａ）受電器２０が送電器７０の適正位置から遠い場合、または受電器２０が送電器７０に置かれていない場合、または送電器７０が受電器２０を検知できない場合。
（Ｂ）送電器７０が受電器２０を検知できるが、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置が遠い場合。
（Ｃ）送電器７０が受電器２０を検知でき、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置も近いが電力伝送するには効率が低い場合。
（Ｄ）送電器７０が受電器２０を検知でき、電力伝送するのに最適な位置にある場合。
つまり、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置が近づくに従って、状態（Ａ）→状態（Ｂ）→状態（Ｃ）→状態（Ｄ）と変化する。
【００５６】
一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、各ＬＥＤ８１、８２ａ〜８３ｄ、８３ａ〜８３ｄは次のように動作する。
状態（Ａ）のとき、すべてのＬＥＤを消灯させる。
状態（Ｂ）のとき、外側ＬＥＤ８３ａ〜８３ｄを点灯させる。
状態（Ｃ）のとき、内側ＬＥＤ８２ａ〜８２ｄを点灯させる。
状態（Ｄ）のとき、中央ＬＥＤ８１を点灯させる。
一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置が近づくに従って、まずは外側ＬＥＤ８３ａ〜８３ｄが点灯する。さらに各コイルの相対位置が近づくと、内側ＬＥＤ８２ａ〜８２ｄが点灯する。さらに各コイルの相対位置が近づいて、電力伝送するのに最適な位置に受電器２０を載置すると、中央ＬＥＤ８１が点灯する。一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、このように各ＬＥＤを動作させることで、各コイル間の相対位置をユーザに報知することができる。また、受電器２０の位置合わせを行うときに、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置を段階的に報知することで、ユーザは一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置が近づいていくのを認識することができる。よって、受電器２０の位置合わせを行うときに、各コイル間の相対位置が電力伝送を行うのに最適な位置になるようにユーザを誘導することができる。また、電力伝送するのに最適な位置に受電器２０が載置されたときに、中央ＬＥＤ８１が点灯する。このように報知手段７１の動作を変化させることで、効率よく電力伝送を行うのに最適な位置に受電器２０を簡単に載置することができる。
【００５７】
また、一次コイル１９に対する二次コイル２１の位置ずれ方向の検出手段を設けることで、位置ずれ方向を内側ＬＥＤ８２ａ〜８３ｄまたは外側ＬＥＤ８３ａ〜８３ｄにより報知することができる。位置ずれ方向の検出手段を設けたワイヤレス電力伝送装置の一例を図１７に示す。送電器８０は、位置ずれ方向の検出手段として、ケース４１内に方向検出コイル８５ａ〜８５ｄが設けられている。一次コイル１９を中心に各方向検出コイル８５ａ〜８５ｄが十字状に配置されている。また、各方向検出コイル８５ａ〜８５ｄの中心軸は、一次コイル１９の中心軸から等距離になるように配置されている。各方向検出コイル８５ａ〜８５ｄは、方向検出駆動回路より交流電流が供給される。位置ずれ方向の検出時には、各方向検出コイル８５ａ〜８５ｄに対して順番に交流電流を供給する。そして、方向検出コイル８５ａ〜８５ｄに交流電流を供給したとき、方向検出駆動回路に流れる電流を検出する。この検出結果を比較することにより、一次コイル１９に対する二次コイル２１の位置ずれ方向を検出することができる。たとえば、方向検出コイル８５ａに交流電流を供給したときの検出結果が、他の方向検出コイル８５ｂ〜８５ｄに交流電流を供給したときの検出結果より相対的に大きいとする。この場合には、一次コイル１９に対する二次コイル２１の位置ずれ方向が図中のａの方向であることが分かる。方向検出コイル８５ｂと８５ｃに交流電流を供給したときの検出結果が同程度で、かつ方向検出コイル８５ａ、８５ｄに交流電流を供給したときの検出結果より相対的に大きいとする。この場合には、一次コイル１９に対する二次コイル２１の位置ずれ方向が図中のｆの方向であることが分かる。このように、位置ずれ方向の検出手段により、二次コイル２１が一次コイル１９に対して図中の矢印ａ〜ｈに対してどの方向にずれているのかを検出する。また、そのときの各ＬＥＤの動作例を説明する。
【００５８】
状態（Ａ）のとき、すべてのＬＥＤを消灯させる。状態（Ｄ）のとき、中央ＬＥＤ８１を点灯させる。これら状態（Ａ）および状態（Ｄ）のときは、一次コイル１９に対する二次コイル２１の位置ずれ方向を報知する必要はない。状態（Ｂ）で図中のａの方向にずれている場合、外側ＬＥＤ８３ａを点灯させる。状態（Ｂ）で図中のｄの方向にずれている場合、外側ＬＥＤ８３ｄを点灯させる。状態（Ｂ）で図中のｅの方向にずれている場合、外側ＬＥＤ８３ａおよび８３ｂを点灯させる。状態（Ｃ）で図中のａの方向にずれている場合、内側ＬＥＤ８２ａを点灯させる。状態（Ｃ）で図中のｇの方向にずれている場合、内側ＬＥＤ８２ｃおよび８２ｄを点灯させる。状態（Ｃ）で図中のｈの方向にずれている場合、内側ＬＥＤ８２ｄおよび８２ａを点灯させる。このように、一次コイル１９に対する二次コイル２１の位置ずれ方向に応じて、内側ＬＥＤ８２ａ〜８２ｄまたは外側ＬＥＤ８３ａ〜８３ｄのうち、一つもしくは中央ＬＥＤ８１に対して等距離にあり９０度の方向位置する二つのＬＥＤを点灯させる。位置ずれ方向に応じて、中央に配置した中央ＬＥＤ８１から等しい距離に配置されたＬＥＤのうち、一つもしくは二つのＬＥＤを点灯させることで、４５度ずつの８方向の位置ずれ方向を報知することができる。なお、上述した位置ずれ方向の検出方法はあくまで一例である。位置ずれ方向の検出は８方向に限定するものではない。
【００５９】
以上説明したように、一次コイル１９に対する二次コイル２１の位置ずれ方向の検出機能を設け、さらに報知手段７１としてＬＥＤを十字状に配置する。そして、位置ずれ方向に応じて、点灯させるＬＥＤを制御する。これにより、ユーザは各コイル間の相対位置と同時に、一次コイル１９に対する二次コイル２１の位置ずれ方向を認識することができる。
【００６０】
なお、上述したような各ＬＥＤの動作はあくまで一例である。一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置をユーザが認識できれば、ＬＥＤの動作はどのように変更しても構わない。また、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、状態（Ａ）〜（Ｄ）の４つの状態を検出するようにしていたが、これはあくまで一例である。いくつの状態を検出するかによって、用いるＬＥＤの数を任意に変化させてもよい。
【００６１】
以下、報知手段７１の他の実施例を説明する。
【００６２】
報知手段７１の他の一つ目の例として、報知手段７１は１つのＬＥＤにより構成する。
状態（Ａ）のとき、ＬＥＤを消灯させる。
状態（Ｂ）のとき、ＬＥＤをゆっくり点滅させる。
状態（Ｃ）のとき、状態（Ｂ）のときよりＬＥＤをはやく点滅させる。
状態（Ｄ）のとき、ＬＥＤを点灯させる。
このように、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、ＬＥＤを消灯、点滅、点灯させることで、各コイル間の相対位置をユーザに報知することができる。一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置をＬＥＤの点滅スピードに置き換えることで、ユーザは各コイル間の相対位置を容易に認識することができる。また、ＬＥＤの点滅スピードを段階的に変化させるのではなく、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、連続的に変化させるようにしてもよい。
【００６３】
また、報知手段７１として１つのＬＥＤにより構成する場合、色が可変できるＬＥＤを用いてもよい。
状態（Ａ）のとき、ＬＥＤを消灯させる。
状態（Ｂ）のとき、ＬＥＤを赤色で点灯させる。
状態（Ｃ）のとき、ＬＥＤを橙色で点灯させる。
状態（Ｄ）のとき、ＬＥＤを緑色で点灯させる。
このように、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、ＬＥＤの色を変化させることで、各コイル間の相対位置をユーザに報知することができる。
【００６４】
また、報知手段７１として１つのＬＥＤにより構成する場合、ＬＥＤの明るさを変化させてもよい。例えば、ＰＷＭ制御によりＬＥＤを駆動する。
状態（Ａ）のとき、ＬＥＤを消灯させる。
状態（Ｂ）のとき、所定のデューティ比でＬＥＤを駆動させる。
状態（Ｃ）のとき、状態（Ｂ）のときよりデューティ比を大きくしてＬＥＤを駆動させる。
状態（Ｄ）のとき、デューティ比が１００％でＬＥＤを駆動する。
このように、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、ＬＥＤの明るさを変化させることで、各コイル間の相対位置をユーザに報知することができる。また、ＬＥＤの明るさを段階的に変化させるのではなく、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、連続的に変化させるようにしてもよい。
【００６５】
報知手段７１の他の２つ目の例として、報知手段７１は複数のＬＥＤにより構成する。例えば、報知手段７１を３つのＬＥＤにより構成する。
状態（Ａ）のとき、いずれのＬＥＤも消灯させる。
状態（Ｂ）のとき、１つのＬＥＤのみ点灯させる。
状態（Ｃ）のとき、２つのＬＥＤを点灯させる。
状態（Ｄ）のとき、３つのＬＥＤを点灯させる。
このように、報知手段７１として複数のＬＥＤを設け、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、ＬＥＤの点灯個数を変化させることで、各コイル間の相対位置をユーザに報知することができる。
【００６６】
また、報知手段７１として複数のＬＥＤにより構成する場合、色の異なる複数のＬＥＤを用いてもよい。例えば、赤色、橙色、緑色の３つのＬＥＤを使用する。
状態（Ａ）のとき、いずれのＬＥＤも消灯させる。
状態（Ｂ）のとき、赤色のＬＥＤのみ点灯させる。
状態（Ｃ）のとき、橙色のＬＥＤのみ点灯させる。
状態（Ｄ）のとき、緑色のＬＥＤのみ点灯させる。
このように、色の異なる複数のＬＥＤを設け、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、点灯させるＬＥＤの色を変化させることで、各コイル間の相対位置をユーザに報知することができる。
【００６７】
報知手段７１の他の３つ目の例として、報知手段７１は音源により構成する。例えば、音源としてブザーを設け、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、音を出力する間隔を変化させる。
状態（Ａ）のとき、音源を消音させる。
状態（Ｂ）のとき、音源から所定の間隔でビープ音を鳴らす。
状態（Ｃ）のとき、状態（Ｂ）のときより短い間隔でビープ音を鳴らす。
状態（Ｄ）のとき、音源から一定時間の連続したビープ音を発生させる。
このように音源を設け、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、音源から発生する音の間隔を変化させることで、各コイル間の相対位置をユーザに報知することができる。音源はブザーでなはくスピーカーなど、どのような音源を用いてもよい。また、発生する音も何を用いてもよい。変形例として、状態（Ｄ）すなわち、送電器７０から受電器２０に電力伝送するのに最適な位置にある場合にのみ、音源からメロディや音声アナウンスなどの所定の音を一定時間出すようにしてもよい。これにより、ユーザは送電器７０と受電器２０の相対位置が電力伝送を行うのに最適な位置にあるのを容易に認識することができる。
【００６８】
報知手段７１の他の４つ目の例として、報知手段７１は振動体により構成する。
状態（Ａ）のとき、振動体を振動させない。
状態（Ｂ）のとき、所定の振動強度で振動体を振動させる。
状態（Ｃ）のとき、状態（Ｂ）のときより強い振動強度で振動体を振動させる。
状態（Ｄ）のとき、状態（Ｃ）のときより強い振動強度で振動体を振動させる。
このように、送電器７０に振動体を設け、その振動により充電装置２０を持ったユーザに振動を伝える。一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、振動体の振動強度を変化させることで、各コイル間の相対位置をユーザに報知することができる。
【００６９】
また、報知手段７１として振動体により構成する場合、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、振動間隔を変化させるようにしてもよい。
状態（Ａ）のとき、振動体を振動させない。
状態（Ｂ）のとき、振動体を所定の間隔で振動させる。
状態（Ｃ）のとき、状態（Ｂ）のときより短い間隔で振動体を振動させる。
状態（Ｄ）のとき、振動体を一定時間連続的に振動させる。
このように、振動体を設け、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、振動パターンを変化させることで、各コイル間の相対位置をユーザに報知することができる。
【００７０】
以上挙げた例のほかに、報知手段７１をモニタにより構成してもよい。一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置がどの程度にあるのかを、モニタ画面に表示することによりユーザに報知する。また、送電器７０と受電器２０の相対位置が電力伝送を行うのに最適な位置にある場合、モニタ画面に最適状態であることを表示する。
【００７１】
このように、制御回路１５は、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置の検出結果に基づいて報知手段７１を制御する。よって、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置がどの程度であるのかによって、報知手段７１の動作を変えることができる。ユーザは、送電器７０に受電器２０を載置するときに報知手段７１の動作を確認することにより、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置を認識することができる。また、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置が電力伝送を行うのに適した範囲内であるのを報知手段７１で通知することもできる。これにより、一次コイル１９と二次コイル２１の位置ずれによる結合係数の低下を抑え、効率よく電力伝送を行うことができる。
【００７２】
第１の実施例で示したような検出用二次共振周波数ｆｄのバラつきに対する入力電流Ｉｉｎの変動を抑制する方法を組み合わせて用いてもよい。また、第２の実施例で示したような入力電圧Ｖｉｎの変動に対する入力電流Ｉｉｎの変動を補正する検出方法を組み合わせて用いてもよい。これによって、より正確な位置検出を行うことができ、よりよい伝送効率で電力伝送を行うことができる。
【００７３】
なお、上述した報知手段７１の例および報知手段７１の動作例はあくまで一例である。報知手段７１の動作例は、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置をユーザが認識できればどのように変更しても構わない。また、報知手段７１としてＬＥＤや音源、振動体を用いた例を示したが、これらを組み合わせて使用してもよい。また、ＬＥＤ以外の発光素子を用いてもよい。また、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、状態（Ａ）〜（Ｄ）の４つの状態を検出するようにしていたが、これはあくまで一例である。最低でも１つの閾値を設け、各コイル間の相対位置がある距離より近いか遠いかを検出し、それを報知手段７１により報知できれば良い。また、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、ＬＥＤの明るさや点滅スピードなどを段階的ではなく連続的に変化させることも可能である。これにより、ユーザは各コイル間の相対位置がどの程度離れているのかを詳しく認識することができる。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形したり、各実施例を組み合わせたりして実施することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１０、６０、７０、８０ 送電器
１１ 電流検出回路
１２ 電流検出抵抗
１３ 誤差増幅器
１４ アナログ／デジタル変換器
１５ 制御回路
１６ 入力平滑コンデンサ
１７ 駆動回路
１８ 一次コンデンサ
１９ 一次コイル
２０ 受電器
２１ 二次コイル
２２ 二次コンデンサ
２３ 検出用コンデンサ
２４ 整流回路
２５ 出力平滑コンデンサ
２６ インピーダンス素子
２７ 制御回路
２８ 負荷開閉スイッチ
２９ 負荷
４１、５１ ケース
４２、５２ 磁性体
６１ 電圧検出回路
７１ 報知手段
８１、８２ａ〜８２ｄ、８３ａ〜８３ｄ ＬＥＤ
８５ａ〜８５ｄ 方向検出コイル
【技術分野】
【０００１】
本発明はワイヤレス電力伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やデジタルカメラ、ノートパソコンなどの電子機器に対して非接触で電力を伝送する方式が普及してきている。送電器に内蔵される一次コイルから発生する交流磁場により、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。
【０００３】
一次コイルと二次コイルの相対位置がずれると、各コイル間の結合係数が小さくなるため、所望の電力を伝送することができなくなったり、電力伝送効率が低下したりしてしまう。この問題を回避するためには、一次−二次コイル間の相対位置がある範囲内になければならない。そのため、一次−二次コイル間の相対位置が所定の範囲内にあることを検出する手段が必要となる。
【０００４】
特許文献１には、電子機器などの受電器に内蔵される二次コイルの位置を検出する手段が記載されている。送電器に対する電子機器などの受電器の位置が正常なセット位置からずれると、一次コイルと二次コイルの電磁結合が小さくなり、一次コイルの等価インピーダンスが変化し、一次コイルの消費電力が減少する。このように、一次コイルと二次コイルの相対位置によって、一次コイルの消費電力や一次コイルに流れる電流、一次コイルの共振周波数、一次コイルのインピーダンスが変化する。これらの変化を検出することで送電器に対する電子機器などの受電器の位置を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１４１９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、このような位置検出方法は、一次コイルに対する二次コイルの位置が正常なセット位置にあるかないかを検出するだけである。特許文献１には、具体的な検出方法や位置ずれ量の求め方は記載されていない。また、入力電圧など様々な変動要因に対する位置検出誤差の対策がされておらず、位置検出の精度が悪いという問題がある。
【０００７】
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、一次−二次コイル間の相対位置を検出することができるワイヤレス電力伝送装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、該一次コイルに交流電力を供給する駆動回路と、該駆動回路に供給される入力電流を検出する電流検出回路と、該電流検出回路の検出結果が供給される制御回路を備え、該制御回路が該駆動回路を所定の駆動周波数で駆動するとともに、そのときに流れる該入力電流に基づいて該一次コイルと該二次コイル間の相対位置を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、一次−二次コイル間の相対位置を検出することができるワイヤレス電力伝送装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施例におけるワイヤレス電力伝送装置のブロック図
【図２】一次コイルと二次コイルの位置関係を示す斜視図
【図３】送電器と受電器の断面図
【図４】駆動回路の一例を示す回路図
【図５】駆動信号のパルスパターン
【図６】スイッチング素子の動作の一例を示すタイミングチャート
【図７】一次コイルに電流を供給したときの入力電流の波形図
【図８】一次コイルと二次コイルの中心軸間の水平距離に対する検出電圧
【図９】一次コイルと二次コイルの中心軸間の水平距離に対する結合係数
【図１０】駆動周波数を一定とし、検出用二次共振周波数が変動したときにおける、一次コイルと二次コイルの中心軸間の水平距離に対する検出電圧
【図１１】検出用二次共振周波数と駆動周波数の差を一定とし、検出用二次共振周波数が変動したときにおける、一次コイルと二次コイルの中心軸間の水平距離に対する検出電圧
【図１２】本発明の第２の実施例におけるワイヤレス電力伝送装置のブロック図
【図１３】入力電圧が変動したときにおける、一次コイルと二次コイルの中心軸間の水平距離に対する検出電圧
【図１４】入力電圧が変動したときにおける、一次コイルと二次コイルの中心軸間の水平距離に対する補正後の検出電圧
【図１５】本発明の第３の実施例におけるワイヤレス電力伝送装置のブロック図
【図１６】本発明の第３の実施例におけるワイヤレス電力伝送装置の一例を示す斜視図
【図１７】位置ずれ方向の検出手段を設けたワイヤレス電力伝送装置の一例を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を用いて実施例を説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１に本発明の第１の実施例における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、電流検出回路１１、制御回路１５、入力平滑コンデンサ１６、駆動回路１７、一次コンデンサ１８、一次コイル１９を備える。電流検出回路１１は、電流検出抵抗１２、誤差増幅器１３、アナログ／デジタル変換器１４より構成されている。受電器２０は、二次コイル２１、二次コンデンサ２２、検出用コンデンサ２３、整流回路２４、出力平滑コンデンサ２５、インピーダンス素子２６、制御回路２７、負荷開閉スイッチ２８、負荷２９を備える。
【００１３】
まず、送電器１０の構成について説明する。駆動回路１７には、電流検出抵抗１２を介して直流電源ＤＣから入力電圧Ｖｉｎが供給される。電流検出抵抗１２には、入力電流Ｉｉｎが流れる。誤差増幅器１３は、電流検出抵抗１２の両端電圧を増幅し、増幅された電圧信号をアナログ／デジタル変換器１４を介して制御回路１５に供給する。駆動回路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１５から供給される駆動信号Ｓｄｒにより制御される。駆動回路１７の入力端には、入力平滑コンデンサ１６が接続されており、駆動回路１７の出力端には、一次コイル１９と一次コンデンサ１８が直列接続されている。駆動回路１７は、一次コイル１９と一次コンデンサ１８に交流電力を供給する。一例として、駆動回路１７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。
【００１４】
次に、受電器２０の構成について説明する。二次コイル２１は、電磁誘導作用により一次コイル１９から電力を受電する。二次コイル２１の両端には、二次コンデンサ２２を介して検出用コンデンサ２３が接続されている。検出用コンデンサ２３に印加される電圧は、整流回路２４により整流される。整流回路２４の出力端には、出力平滑コンデンサ２５、インピーダンス素子２６および制御回路２７が並列に接続されている。出力平滑コンデンサ２５は、出力電圧Ｖｏｕｔのリプルを除去するものである。インピーダンス素子２６は、受電器２０に設けられるＬＥＤや電圧レギュレータなどの素子を示すものである。また、整流回路２４の出力端には、負荷開閉スイッチ２８を介して二次電池などの負荷２９が接続されている。受電器２０に設けられたインピーダンス素子２６や負荷開閉スイッチ２８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２７により制御される。負荷２９は、負荷開閉スイッチ２８により受電器２０の回路から切り離すことができる。二次コイル２１が得た電力を負荷２９に供給する場合は、負荷開閉スイッチ２８が閉じられ、負荷２９に出力電圧Ｖｏｕｔが印加される。
【００１５】
以下、一次コイル１９に供給される交流電力の周波数を駆動周波数ｆｄｒとする。また、一次コイル１９と一次コンデンサ１８で構成される一次ＬＣ共振回路の共振周波数を一次共振周波数ｆｐとする。また、二次コイル２１と二次コンデンサ２２で構成される二次ＬＣ共振回路の共振周波数を二次共振周波数ｆｓとする。また、二次コイル２１と二次コンデンサ２２と検出用コンデンサ２３で構成される共振回路の共振周波数を検出用二次共振周波数ｆｄとする。
【００１６】
図２は、一次コイル１９と二次コイル２１の位置関係を示す斜視図である。一次コイル１９と二次コイル２１はそれぞれ平面で薄型の構造となっており、対向するように配置されている。一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の距離を水平距離Ｄ、一次コイル１９と二次コイル２１の相対向する面の間の距離をギャップＧとする。
【００１７】
図３は、送電器１０と受電器２０の断面図である。一次コイル１９は送電器１０のケース４１、二次コイル２１は受電器２０のケース５１にそれぞれ収納されている。一次コイル１９と二次コイル２１の相対向する面の反対側の面に磁性体４２、５２がそれぞれ設けられている。送電器１０のケース４１の表面に受電器２０のケース５１が載置されている。一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の距離を水平距離Ｄとする。一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸がずれた場合でも、各ケースの厚さ等により、ギャップＧはほぼ一定の値となる。
【００１８】
次に、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置の検出動作について、具体的に説明する。ここでは、駆動回路１７としてフルブリッジ回路を用いるとする。図４は、駆動回路の一例を示す回路図である。駆動回路１７は、フルブリッジ回路を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４より構成されている。
【００１９】
まず、位置検出を行うときに受電器２０に設けられている負荷開閉スイッチ２８をオープンにする。そして、制御回路１５は、ある一定の周期で決められた時間だけ、所定の駆動信号Ｓｄｒを駆動回路１７に供給する。ここで、駆動信号Ｓｄｒのパルスパターンの一例を図５に示す。時刻ｔａになると、所定の周波数のパルス波の供給が開始される。オン期間Ｔｏｎが経過した時刻ｔｂになると、パルス波の供給が止まる。さらにオフ期間Ｔｏｆｆが経過した時刻ｔｃになると、再度所定の周波数のパルス波の供給が開始される。このように、駆動回路１７には、制御回路１５から、ある一定の周期Ｔｓで決められたオン期間Ｔｏｎだけパルス波が供給される。一例として、周期Ｔｓは２００ｍｓ、オン期間Ｔｏｎは３ｍｓに設定する。オン期間Ｔｏｎの間、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は駆動信号Ｓｄｒに応じてオンオフ制御され、一次コイル１９に交流電力が供給される。一方、オフ期間Ｔｏｆｆの間は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４をオン、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３をオフに切り替え、一次コイル１９に交流電力は供給されない。もしくは、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４をオフ、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３をオンに切り替える。オフ期間Ｔｏｆｆの間、すべてのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオフとしないのは、一次コイル１９に大きなフライバック電圧が発生するのを抑えるためである。周期Ｔｓやオン期間Ｔｏｎは、制御回路１５によって決定される。オン期間Ｔｏｎの間、駆動回路１７内のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、このような駆動信号Ｓｄｒによりオンオフ制御される。
【００２０】
ここで、駆動信号Ｓｄｒのオン期間Ｔｏｎにおけるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の動作の一例を示すタイミングチャートを図６に示す。時刻ｔ０において、スイッチング素子Ｑ４がオンに切り替わり、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４がオンになる。時刻ｔ１になると、スイッチング素子Ｑ１がオフに切り替わり、スイッチング素子Ｑ２のボディーダイオードとスイッチング素子Ｑ４で電流が回生する。時刻ｔ２になると、スイッチング素子Ｑ２がオンに切り替わり、スイッチング素子Ｑ２とスイッチング素子Ｑ４で電流の回生を継続する。時刻ｔ３になると、スイッチング素子Ｑ４がオフに切り替わり、スイッチング素子Ｑ２とスイッチング素子Ｑ４のボディーダイオードで電流の回生を継続する。時刻ｔ４になると、スイッチング素子Ｑ３がオンに切り替わり、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３がオンになる。時刻ｔ５になると、スイッチング素子Ｑ２がオフに切り替わり、スイッチング素子Ｑ１のボディーダイオードとスイッチング素子Ｑ３で電流が回生する。時刻ｔ６になると、スイッチング素子Ｑ１がオンに切り替わり、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ３で電流が回生する。時刻ｔ７になると、スイッチング素子Ｑ３がオフに切り替わり、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ３のボディーダイオードで電流が回生する。時刻ｔ８になると、再度スイッチング素子Ｑ４がオンに切り替わり、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４がオンになる。このような動作を繰り返すことで、一次コイル１９と一次コンデンサ１８に交流電力が供給される。時刻ｔ１とｔ４の間および時刻ｔ５とｔ８の間の期間は、デッドタイムＤＴを表す。デッドタイムＤＴを設けることで、スイッチング素子Ｑ１とＱ２もしくはスイッチング素子Ｑ３とＱ４が同時にオンとなるのを防ぎ、直流電源ＤＣが短絡するのを防止している。周期Ｔに対するスイッチング素子がオンとなる時間の割合をオンデューティとする。周期Ｔやスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオンデューティは、制御回路１５によって決定される。デッドタイムＤＴは、駆動周波数ｆｄｒとオンデューティにより決定される。
【００２１】
このように、制御回路１５によって、駆動周波数ｆｄｒやスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオンデューティなどが決められる。ここでは、駆動周波数ｆｄｒを７００ｋＨｚに設定する。また、検出用二次共振周波数ｆｄを１ＭＨｚとする。
【００２２】
駆動信号Ｓｄｒのオン期間Ｔｏｎに一次コイル１９に電流が供給される。そして、このときの入力電流Ｉｉｎを電流検出回路１１により検出する。ここで、一次コイル１９に電流を供給したときの入力電流Ｉｉｎの波形図を図７に示す。横軸は時間、縦軸は入力電流Ｉｉｎを示す。図７には、一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄを０ｍｍ、４ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍにそれぞれ設定したときの入力電流Ｉｉｎ波形を示している。時刻ｔａになると、駆動回路１７に所定の周波数のパルス波の供給が開始され、一次コイル１９と一次コンデンサ１８に電流が供給される。すると、図７に示すように入力電流Ｉｉｎが徐々に上昇していく。水平距離Ｄが０ｍｍ、４ｍｍ、１０ｍｍのときには、入力電流Ｉｉｎの立ち上がりにピークが現れている。水平距離Ｄが２０ｍｍのときには、入力電流Ｉｉｎは単調増加となっているが、その電流ピーク値は、水平距離Ｄが１０ｍｍのときより小さい。このように、入力電流Ｉｉｎのピーク値は、水平距離Ｄが短いほど大きくなるのが分かる。時刻ｔｂになると、駆動回路１７に供給されるパルス波の供給が止まる。すると、一次コイル１９と一次コンデンサ１８に電流が供給されなくなり、入力電流Ｉｉｎが減少する。
【００２３】
次に、一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄに対する検出電圧を図８に示す。横軸は一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄを示す。縦軸は検出電圧を示す。検出電圧は、入力電流Ｉｉｎが流れる電流検出抵抗１２の両端の電圧を誤差増幅器１２で増幅して検出したものであり、入力電流Ｉｉｎのピーク値を検出したものである。水平距離Ｄが０ｍｍのときに検出電圧、すなわち入力電流Ｉｉｎが最大値となる。そして、水平距離Ｄが長くなるのに従って入力電流Ｉｉｎが減少する。
【００２４】
次に、駆動周波数ｆｄｒと検出用二次共振周波数ｆｄの関係について説明する。二次コイル２１と二次コンデンサ２２および検出用コンデンサ２３で構成される共振回路は、検出用二次共振周波数ｆｄにおいてインピーダンスが最小になる。一次コイル１９の駆動周波数ｆｄｒを検出用二次共振周波数ｆｄに近づけると、一次コイル１９のインピーダンスが下がるため、一次コイル１９に流れる電流が増加する。一次コイル１９に供給される電流が増加するのに伴って、駆動回路１７に供給される電流も増え、入力電流Ｉｉｎが増加する。逆に、一次コイル１９の駆動周波数ｆｄｒを、検出用二次共振周波数ｆｄから遠ざけると一次コイル１９のインピーダンスが上がるため、一次コイル１９に流れる電流が減少する。一次コイル１９に供給される電流が減少するのに伴って、駆動回路１７に供給される電流も減り、入力電流Ｉｉｎが減少する。このように、駆動周波数ｆｄｒが変化すると、入力電流Ｉｉｎの値が変動してしまう。
【００２５】
よって、一次コイル１９の駆動周波数ｆｄｒを固定し、二次コイル２１を一次コイル１９に近づけると、一次コイル１９と二次コイル２１の結合係数が増加し、入力電流Ｉｉｎが増加する。また、一次コイル１９の駆動周波数ｆｄｒを固定し、二次コイル２１を一次コイル１９から遠ざけると、一次コイル１９と二次コイル２１の結合係数が減少し、入力電流Ｉｉｎが減少する。
【００２６】
このように、一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄと入力電流Ｉｉｎは相関関係にある。検出用二次共振周波数ｆｄに対する駆動周波数ｆｄｒを固定して、入力電流Ｉｉｎを測定することで、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置を求めることができる。具体的には、入力電流Ｉｉｎの検出結果をアナログ／デジタル変換器１４によりデジタル値に変換し、制御回路１５がデジタル値とあらかじめ作成しておいた変換表や変換式を用いて計算することで、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置を求めることができる。なお、最初に負荷開閉スイッチ２８をオープンにしたのは、負荷２９にバラつきがある場合に、入力電流Ｉｉｎの測定結果が変化してしまうのを防止するためである。
【００２７】
次に、一次コイル１９と二次コイル２１の結合係数について説明する。一次コイル１９と二次コイル２１は、ある結合係数を持って結合している。一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄに対する結合係数を図９に示す。横軸は一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄを示す。縦軸は結合係数を示す。水平距離Ｄが０ｍｍ、つまり一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸が一致しているときに結合係数が最大となっている。このとき、一次コイル１９から二次コイル２１への電力伝送効率が最大となる。そして、水平距離Ｄが長くなるのに従って、結合係数が減少していく。一次コイル１９と二次コイル２１の結合係数と入力電流Ｉｉｎは相関関係にある。これは、図８と図９に示した各曲線がほぼ相似形状になっていることからも分かる。よって、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置を求めるのと同様の手法により、一次コイル１９と二次コイル２１の結合係数を求めることもできる。
【００２８】
なお、駆動周波数ｆｄｒを検出用二次共振周波数ｆｄより低域側に設定すると、一次コイル１９に二次コイル２１を接近させたときに、入力電流Ｉｉｎの立ち上がりにピークが現れる。そのため、入力電流Ｉｉｎの検出感度がよく、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置を精度良く求めることができる。駆動周波数ｆｄｒが検出用二次共振周波数ｆｄに近いほど、二次コイル１９に誘起される電圧も大きくなるため、整流回路２４の逆耐電圧を越えてしまう恐れがある。これを防ぐためには、整流回路２４の入力端にツェナーダイオードなど、過電圧を防ぐための素子を設ければよい。駆動周波数ｆｄｒを検出用二次共振周波数ｆｄからある程度離して設定することで、過電圧が発生するのを防止するのと同時に、消費電力の増加を抑えることができる。駆動周波数ｆｄｒと検出用二次共振周波数ｆｄをどの程度離すかは、入力電流Ｉｉｎの検出感度や出力電圧Ｖｏｕｔ、消費電力などを勘案して決定する。
【００２９】
また、駆動回路１７のデューティ比、すなわちスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオンデューティを変えることでより検出感度を調整することもできる。駆動回路１７のオンデューティを増やすことで入力電流Ｉｉｎが増加し、検出感度を向上させることができる。
【００３０】
次に、検出用二次共振周波数ｆｄのバラつきについて説明する。送電器１０は、さまざまな電子機器に内蔵される受電器２０に対して電力伝送を行う。このとき、各電子機器の受電器２０内の検出用コンデンサ２３の容量値や二次コイル２１のインダクタンス値にバラつきが生じる場合がある。すると、それぞれの受電器２０ごとに、二次コイル２１と二次コンデンサ２２および検出用コンデンサ２３で構成される共振回路の共振周波数である検出用二次共振周波数ｆｄにバラつきが生じてしまう。そのため、受電器２０によって、駆動周波数ｆｄｒと検出用二次共振周波数ｆｄの差が変わることになる。検出用二次共振周波数ｆｄが変動すると、一次−二次コイルの相対位置検出時の駆動周波数ｆｄｒに対して、二次コイル２１と二次コンデンサ２２と検出用コンデンサ２３のインピーダンスが変化することになる。このため、それぞれの受電器２０によって、検出する入力電流Ｉｉｎが変動してしまい、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置の検出結果に影響を及ぼすことが考えられる。
【００３１】
図１０は、駆動周波数ｆｄｒを一定とし、検出用二次共振周波数ｆｄが変動したときにおける、一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄに対する検出電圧を示すグラフである。横軸は一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄを示す。縦軸は検出電圧を示す。このときの駆動周波数ｆｄｒは７００ｋＨｚである。駆動周波数ｆｄｒと検出用二次共振周波数ｆｄの差が変化すると、入力電流Ｉｉｎが変動してしまうため、検出電圧にバラつきが生じるのが分かる。
【００３２】
検出用二次共振周波数ｆｄが１．０ＭＨｚのときにおいて、水平距離Ｄが６ｍｍのときの検出電圧をＴＨ１、水平距離Ｄが１０ｍｍのときの検出電圧をＴＨ２とする。検出電圧がＴＨ１およびＴＨ２に対して、どのような範囲にあるか検出することで、一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄが６ｍｍ以内にあるのか、６〜１０ｍｍの範囲内にあるのか、１０ｍｍ以上の範囲にあるのかを検出することができる。
【００３３】
検出用二次共振周波数ｆｄが９００ｋＨｚに変動すると、水平距離Ｄが６．３ｍｍ以内のときに検出電圧がＴＨ１より大きく、水平距離Ｄが６．３〜１１．０ｍｍの範囲内のときに検出電圧がＴＨ１より小さくかつＴＨ２より大きく、水平距離Ｄが１１．０ｍｍ以上の範囲のとき検出電圧がＴＨ２より小さくなる。また、検出用二次共振周波数ｆｄが１．１ＭＨｚに変動すると、水平距離Ｄが０ｍｍのときに検出電圧がＴＨ１と等しくなり、水平距離Ｄが０〜８．４ｍｍの範囲内のときに検出電圧がＴＨ１より小さくかつＴＨ２より大きく、水平距離Ｄが８．４ｍｍ以上の範囲のとき検出電圧がＴＨ２より小さくなる。
【００３４】
このように、検出用二次共振周波数ｆｄが変動すると、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置の検出結果に大きな誤差が生じてしまう。この誤差を抑制するためには、検出用二次共振周波数ｆｄが変動したことによる入力電流Ｉｉｎの変化分を打ち消すように、駆動周波数ｆｄｒを設定すればよい。
【００３５】
図１１は、検出用二次共振周波数ｆｄと駆動周波数ｆｄｒの差を一定とし、検出用二次共振周波数ｆｄが変動したときにおける、一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄに対する検出電圧を示すグラフである。横軸は一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄを示す。縦軸は検出電圧を示す。ここでは、駆動周波数ｆｄｒを検出用二次共振周波数ｆｄより３００ｋＨｚ低い値に設定した。
【００３６】
検出用二次共振周波数ｆｄが１．０ＭＨｚの特性曲線は、図１０に示したものと同じである。検出用二次共振周波数ｆｄが９００ｋＨｚのときの駆動周波数は６００ｋＨｚ、検出用二次共振周波数ｆｄが１．１ＭＨｚのときの駆動周波数ｆｄｒは８００ｋＨｚである。
【００３７】
検出用二次共振周波数ｆｄが９００ｋＨｚに変動すると、水平距離Ｄが６．６ｍｍ以内のときに検出電圧がＴＨ１より大きく、水平距離Ｄが６．６〜９．８ｍｍの範囲内のときに検出電圧がＴＨ１より小さくかつＴＨ２より大きく、水平距離Ｄが９．８ｍｍ以上の範囲のとき検出電圧がＴＨ２より小さくなる。また、検出用二次共振周波数ｆｄが１．１ＭＨｚに変動すると、水平距離Ｄが６．９ｍｍ以内のときに検出電圧がＴＨ１より大きく、水平距離Ｄが６．９〜１０．８ｍｍの範囲内のときに検出電圧がＴＨ１より小さくかつＴＨ２より大きく、水平距離Ｄが１０．８ｍｍ以上の範囲のとき検出電圧がＴＨ２より小さくなる。
【００３８】
これらの測定結果より、検出用二次共振周波数ｆｄと駆動周波数ｆｄｒの差を一定に調整する前と後とを比較する。検出用二次共振周波数ｆｄが９００ｋＨｚ〜１．１ＭＨｚの間で変動した場合、検出電圧がＴＨ１となる水平距離Ｄの範囲は、調整前は０〜６．３ｍｍであったのに対し、調整後は６〜６．９ｍｍとなった。また、検出電圧がＴＨ２となる水平距離Ｄの範囲は、調整前は８．４〜１１．０ｍｍであったのに対し、調整後は１０〜１０．８ｍｍとなった。このように検出用二次共振周波数ｆｄと駆動周波数ｆｄｒの差を一定にすることで、検出用二次共振周波数ｆｄが変動したことによる入力電流Ｉｉｎの検出結果の変動を抑えることができる。
【００３９】
さまざまな受電器２０に対して電力伝送を行う場合、検出用二次共振周波数ｆｄにバラつきが生じる。これを補償するためには、各コイルの相対位置すなわち入力電流Ｉｉｎを検出する前に、受電器２０の検出用二次共振周波数ｆｄを測定し、その測定結果に基づいて駆動周波数ｆｄｒを設定すればよい。例えば、相対位置を検出する前に制御回路１５から駆動回路１７に供給する駆動信号Ｓｄｒの周波数を連続的に変化し、そのときの入力電流Ｉｉｎの反応から検出用二次共振周波数ｆｄを測定しておく。そして、測定した検出用二次共振周波数ｆｄに基づいて、相対位置を検出する際の駆動周波数ｆｄｒを設定すればよい。例えば、測定した検出用二次共振周波数ｆｄから、一定値離れた周波数を計算する。そして相対位置の検出時には、計算した周波数により一次コイル１９を駆動する。このような制御を行うことで、個々の受電器２０の検出用二次共振周波数ｆｄにバラつきがある場合でも、入力電流Ｉｉｎの変動を抑制することができる。また、インピーダンス素子２６の変動やバラつきによる入力電流Ｉｉｎの変化を抑制するため、駆動周波数ｆｄｒを二次共振周波数ｆｓより検出用二次共振周波数ｆｄに近い値に設定するが好ましい。
【００４０】
このように、受電器２０の検出用二次共振周波数ｆｄに応じて、駆動周波数ｆｄｒを設定することで、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置を精度よく求めることができる。なお、上述した駆動周波数ｆｄｒの設定方法はあくまで一例である。検出用二次共振周波数ｆｄが変動したことによる入力電流Ｉｉｎの変化分を打ち消すように、駆動周波数ｆｄｒを設定するのであれば、どのような値に設定しても構わない。また、検出用二次共振周波数ｆｄを測定するときに駆動周波数ｆｄｒをスイープさせなくともよい。あらかじめいくつかの周波数を設定し、各周波数で一次コイル１９を駆動したときの入力電流Ｉｉｎの値から検出用二次共振周波数ｆｄを求め、駆動周波数ｆｄｒを設定してもよい。
【実施例２】
【００４１】
図１２に本発明の第２の実施例におけるワイヤレス電力伝送装置のブロック図を示す。なお、第１の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６０は、第１の実施例に示した送電器１０に電圧検出回路６１をさらに設けたものである。電圧検出回路６１は、直流電源ＤＣから供給される入力電圧Ｖｉｎを検出し、検出結果を制御回路１５に供給する。受電器２０の構成は、第１の実施例に示したものと同一である。
【００４２】
一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置は、駆動回路１７に供給される入力電流Ｉｉｎに基づいて検出している。そのため、直流電源ＤＣから供給される入力電圧Ｖｉｎが何らかの外的要因により変動してしまうと、それに伴い入力電流Ｉｉｎが変動してしまう。そのため、入力電流Ｉｉｎの検出結果が変動し、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置の検出結果などに影響する場合がある。
【００４３】
図１３は、入力電圧Ｖｉｎが変動したときにおける、一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄに対する検出電圧を示すグラフである。横軸は一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄを示す。縦軸は検出電圧を示す。入力電圧Ｖｉｎが増加すると入力電流Ｉｉｎも増加し、入力電圧Ｖｉｎが減少すると入力電流Ｉｉｎも減少するのが分かる。ここでは、入力電圧Ｖｉｎが５．２Ｖを標準値として、入力電圧Ｖｉｎが４．５Ｖおよび５．５Ｖに変動したときの各コイル間の位置ズレ特性を測定した。
【００４４】
入力電圧Ｖｉｎが５．２Ｖのときにおいて、水平距離Ｄが６ｍｍのときの検出電圧をＴＨ３、水平距離Ｄが１０ｍｍのときの検出電圧をＴＨ４とする。検出電圧がＴＨ３およびＴＨ４に対して、どのような範囲にあるか検出することで、一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄが６ｍｍ以内にあるのか、６〜１０ｍｍの範囲内にあるのか、１０ｍｍ以上の範囲にあるのかを検出することができる。
【００４５】
入力電圧Ｖｉｎが４．５Ｖに変動すると、水平距離Ｄが４．４ｍｍ以内のときに検出電圧がＴＨ３より大きく、水平距離Ｄが４．４〜８．８ｍｍの範囲内のときに検出電圧がＴＨ３より小さくかつＴＨ４より大きく、水平距離Ｄが８．８ｍｍ以上の範囲のとき検出電圧がＴＨ４より小さくなる。また、入力電圧Ｖｉｎが５．５Ｖに変動すると、水平距離Ｄが８．２ｍｍ以内のときに検出電圧がＴＨ３より大きく、水平距離Ｄが８．２〜１１．６ｍｍの範囲内のときに検出電圧がＴＨ３より小さくかつＴＨ４より大きく、水平距離Ｄが１１．６ｍｍ以上の範囲のとき検出電圧がＴＨ４より小さくなる。
【００４６】
このように、入力電圧Ｖｉｎが変動すると、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置の検出結果に大きな誤差が生じてしまう。この誤差を抑制するためには、入力電圧Ｖｉｎが変動したことによる入力電流Ｉｉｎの変化分を打ち消すように、制御回路１５により検出電圧の値を補正すればよい。
【００４７】
図１４は、入力電圧Ｖｉｎが変動したときにおける、一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄに対する補正後の検出電圧を示すグラフである。横軸は一次コイル１９と二次コイル２１の中心軸間の水平距離Ｄを示す。縦軸は補正後の検出電圧を示す。ここでは、補正係数ｋ＝（５．２／Ｖｉｎ）＾１．３とし、補正後の検出電圧とは、検出電圧に対してこの補正係数ｋを乗じて求めた値である。入力電圧Ｖｉｎが５．２Ｖの標準値であるときは、補正係数ｋは１となる。入力電圧Ｖｉｎが５．２Ｖより大きくなると補正係数ｋは１より小さく、入力電圧Ｖｉｎが５．２Ｖより小さくなると補正係数ｋは１より大きくなる。
【００４８】
入力電圧Ｖｉｎが５．２Ｖのときの特性曲線は、図１３に示したものと同じである。入力電圧Ｖｉｎが４．５Ｖおよび５．５Ｖのときの特性曲線は、入力電圧Ｖｉｎの変動に応じて検出電圧の値を補正したものである。
【００４９】
入力電圧Ｖｉｎが４．５Ｖに変動すると、水平距離Ｄが６．２ｍｍ以内のときに検出電圧がＴＨ３より大きく、水平距離Ｄが６．２〜１０．２ｍｍの範囲内のときに検出電圧がＴＨ３より小さくかつＴＨ４より大きく、水平距離Ｄが１０．２ｍｍ以上の範囲のとき検出電圧がＴＨ４より小さくなる。また、入力電圧Ｖｉｎが５．５Ｖに変動すると、水平距離Ｄが７．５ｍｍ以内のときに検出電圧がＴＨ３より大きく、水平距離Ｄが７．５〜１１．２ｍｍの範囲内のときに検出電圧がＴＨ３より小さくかつＴＨ４より大きく、水平距離Ｄが１１．２ｍｍ以上の範囲のとき検出電圧がＴＨ４より小さくなる。
【００５０】
これらの測定結果より、入力電流Ｉｉｎの検出結果を補正する前と後とを比較する。入力電圧Ｖｉｎが４．５〜５．５Ｖの間で変動した場合、検出電圧がＴＨ３となる水平距離Ｄの範囲は、補正前は４．４〜８．２ｍｍであったのに対し、補正後は６〜７．５ｍｍとなった。また、検出電圧がＴＨ４となる水平距離Ｄの範囲は、補正前は８．８〜１１．６ｍｍであったのに対し、補正後は１０〜１１．２ｍｍとなった。このように入力電圧Ｖｉｎの変動に応じて検出電圧を補正することで、入力電圧Ｖｉｎが変動したことによる入力電流Ｉｉｎの検出結果の変動を抑制することができる。
【００５１】
電圧検出回路６１により入力電圧Ｖｉｎの検出を行い、制御回路１５は入力電圧Ｖｉｎが変動したことによる入力電流Ｉｉｎの変化分を打ち消すように、入力電流Ｉｉｎの検出結果を補正する。入力電流Ｉｉｎの検出結果の補正は、例えばマイコンなどで構成される制御回路１５により行えばよい。このように、入力電圧Ｖｉｎの変動に応じて、入力電流Ｉｉｎの検出結果を補正することで、入力電圧Ｖｉｎが変動した場合でも一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置を精度よく求めることができる。なお、上述した補正係数ｋはあくまで一例である。入力電圧Ｖｉｎが変動したことによる入力電流Ｉｉｎの変化分を打ち消すような補正であれば、どのような演算を行っても構わない。
【実施例３】
【００５２】
図１５に本発明の第３の実施例におけるワイヤレス電力伝送装置のブロック図を示す。なお、第１の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７０は、第１の実施例に示した送電器１０に報知手段７１をさらに設けたものである。報知手段７１は、一例としてＬＥＤ７１ａ、ブザー７１ｂ、振動体７１ｃなどにより構成される。ＬＥＤ７１ａ、ブザー７１ｂ、振動体７１ｃは、制御回路１５から供給される信号により駆動される。受電器２０の構成や一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置の検出動作は、上述した実施例と同一である。
【００５３】
制御回路１５は、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置の検出結果に基づいて報知手段７１を制御する。制御回路１５は、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置がどの程度であるのかによって報知手段７１の動作を変化させる。ユーザは、送電器７０に受電器２０を載置するときに報知手段７１の動作を確認することにより、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置を認識することができる。
【００５４】
図１６は、本発明の第３の実施例におけるワイヤレス電力伝送装置の一例を示す斜視図である。送電器７０のケース４１内に一次コイル１９が設けられている。受電器２０のケース５１内に二次コイル２１が設けられている。送電器７０のケース４１表面には、報知手段７１が設けられている。報知手段７１は、十字状に配置されたＬＥＤより構成されている。報知手段７１は、中央ＬＥＤ８１、４つの内側ＬＥＤ８２ａ〜８２ｄ、４つの外側ＬＥＤ８３ａ〜８３ｄの９つのＬＥＤより構成されている。９つのＬＥＤは、中央ＬＥＤ８１を中心に十字状に配置されている。中央ＬＥＤ８１から等距離に各内側ＬＥＤ８２ａ〜８２ｄが配置されている。同様に、中央ＬＥＤ８１から等距離に各外側ＬＥＤ８３ａ〜８３ｄが配置されている。中央ＬＥＤ８１と各外側ＬＥＤ８３ａ〜８３ｄの間にそれぞれ内側ＬＥＤ８２ａ〜８２ｄが配置されている。一次コイル１９から二次コイル２１に効率よく電力伝送を行うためには、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置を近づける必要がある。そのため、ユーザは受電器２０を図中の矢印Ｐの方向に動かし、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置が近づくように受電器２０の位置合わせを行う。
【００５５】
次に、各ＬＥＤ８１、８２ａ〜８３ｄ、８３ａ〜８３ｄの動作について説明する。ここでは、制御回路１５が検出した各コイル間の相対位置に基づいて、以下（Ａ）〜（Ｄ）の４つの状態を報知手段７１により報知するものとする。
（Ａ）受電器２０が送電器７０の適正位置から遠い場合、または受電器２０が送電器７０に置かれていない場合、または送電器７０が受電器２０を検知できない場合。
（Ｂ）送電器７０が受電器２０を検知できるが、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置が遠い場合。
（Ｃ）送電器７０が受電器２０を検知でき、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置も近いが電力伝送するには効率が低い場合。
（Ｄ）送電器７０が受電器２０を検知でき、電力伝送するのに最適な位置にある場合。
つまり、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置が近づくに従って、状態（Ａ）→状態（Ｂ）→状態（Ｃ）→状態（Ｄ）と変化する。
【００５６】
一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、各ＬＥＤ８１、８２ａ〜８３ｄ、８３ａ〜８３ｄは次のように動作する。
状態（Ａ）のとき、すべてのＬＥＤを消灯させる。
状態（Ｂ）のとき、外側ＬＥＤ８３ａ〜８３ｄを点灯させる。
状態（Ｃ）のとき、内側ＬＥＤ８２ａ〜８２ｄを点灯させる。
状態（Ｄ）のとき、中央ＬＥＤ８１を点灯させる。
一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置が近づくに従って、まずは外側ＬＥＤ８３ａ〜８３ｄが点灯する。さらに各コイルの相対位置が近づくと、内側ＬＥＤ８２ａ〜８２ｄが点灯する。さらに各コイルの相対位置が近づいて、電力伝送するのに最適な位置に受電器２０を載置すると、中央ＬＥＤ８１が点灯する。一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、このように各ＬＥＤを動作させることで、各コイル間の相対位置をユーザに報知することができる。また、受電器２０の位置合わせを行うときに、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置を段階的に報知することで、ユーザは一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置が近づいていくのを認識することができる。よって、受電器２０の位置合わせを行うときに、各コイル間の相対位置が電力伝送を行うのに最適な位置になるようにユーザを誘導することができる。また、電力伝送するのに最適な位置に受電器２０が載置されたときに、中央ＬＥＤ８１が点灯する。このように報知手段７１の動作を変化させることで、効率よく電力伝送を行うのに最適な位置に受電器２０を簡単に載置することができる。
【００５７】
また、一次コイル１９に対する二次コイル２１の位置ずれ方向の検出手段を設けることで、位置ずれ方向を内側ＬＥＤ８２ａ〜８３ｄまたは外側ＬＥＤ８３ａ〜８３ｄにより報知することができる。位置ずれ方向の検出手段を設けたワイヤレス電力伝送装置の一例を図１７に示す。送電器８０は、位置ずれ方向の検出手段として、ケース４１内に方向検出コイル８５ａ〜８５ｄが設けられている。一次コイル１９を中心に各方向検出コイル８５ａ〜８５ｄが十字状に配置されている。また、各方向検出コイル８５ａ〜８５ｄの中心軸は、一次コイル１９の中心軸から等距離になるように配置されている。各方向検出コイル８５ａ〜８５ｄは、方向検出駆動回路より交流電流が供給される。位置ずれ方向の検出時には、各方向検出コイル８５ａ〜８５ｄに対して順番に交流電流を供給する。そして、方向検出コイル８５ａ〜８５ｄに交流電流を供給したとき、方向検出駆動回路に流れる電流を検出する。この検出結果を比較することにより、一次コイル１９に対する二次コイル２１の位置ずれ方向を検出することができる。たとえば、方向検出コイル８５ａに交流電流を供給したときの検出結果が、他の方向検出コイル８５ｂ〜８５ｄに交流電流を供給したときの検出結果より相対的に大きいとする。この場合には、一次コイル１９に対する二次コイル２１の位置ずれ方向が図中のａの方向であることが分かる。方向検出コイル８５ｂと８５ｃに交流電流を供給したときの検出結果が同程度で、かつ方向検出コイル８５ａ、８５ｄに交流電流を供給したときの検出結果より相対的に大きいとする。この場合には、一次コイル１９に対する二次コイル２１の位置ずれ方向が図中のｆの方向であることが分かる。このように、位置ずれ方向の検出手段により、二次コイル２１が一次コイル１９に対して図中の矢印ａ〜ｈに対してどの方向にずれているのかを検出する。また、そのときの各ＬＥＤの動作例を説明する。
【００５８】
状態（Ａ）のとき、すべてのＬＥＤを消灯させる。状態（Ｄ）のとき、中央ＬＥＤ８１を点灯させる。これら状態（Ａ）および状態（Ｄ）のときは、一次コイル１９に対する二次コイル２１の位置ずれ方向を報知する必要はない。状態（Ｂ）で図中のａの方向にずれている場合、外側ＬＥＤ８３ａを点灯させる。状態（Ｂ）で図中のｄの方向にずれている場合、外側ＬＥＤ８３ｄを点灯させる。状態（Ｂ）で図中のｅの方向にずれている場合、外側ＬＥＤ８３ａおよび８３ｂを点灯させる。状態（Ｃ）で図中のａの方向にずれている場合、内側ＬＥＤ８２ａを点灯させる。状態（Ｃ）で図中のｇの方向にずれている場合、内側ＬＥＤ８２ｃおよび８２ｄを点灯させる。状態（Ｃ）で図中のｈの方向にずれている場合、内側ＬＥＤ８２ｄおよび８２ａを点灯させる。このように、一次コイル１９に対する二次コイル２１の位置ずれ方向に応じて、内側ＬＥＤ８２ａ〜８２ｄまたは外側ＬＥＤ８３ａ〜８３ｄのうち、一つもしくは中央ＬＥＤ８１に対して等距離にあり９０度の方向位置する二つのＬＥＤを点灯させる。位置ずれ方向に応じて、中央に配置した中央ＬＥＤ８１から等しい距離に配置されたＬＥＤのうち、一つもしくは二つのＬＥＤを点灯させることで、４５度ずつの８方向の位置ずれ方向を報知することができる。なお、上述した位置ずれ方向の検出方法はあくまで一例である。位置ずれ方向の検出は８方向に限定するものではない。
【００５９】
以上説明したように、一次コイル１９に対する二次コイル２１の位置ずれ方向の検出機能を設け、さらに報知手段７１としてＬＥＤを十字状に配置する。そして、位置ずれ方向に応じて、点灯させるＬＥＤを制御する。これにより、ユーザは各コイル間の相対位置と同時に、一次コイル１９に対する二次コイル２１の位置ずれ方向を認識することができる。
【００６０】
なお、上述したような各ＬＥＤの動作はあくまで一例である。一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置をユーザが認識できれば、ＬＥＤの動作はどのように変更しても構わない。また、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、状態（Ａ）〜（Ｄ）の４つの状態を検出するようにしていたが、これはあくまで一例である。いくつの状態を検出するかによって、用いるＬＥＤの数を任意に変化させてもよい。
【００６１】
以下、報知手段７１の他の実施例を説明する。
【００６２】
報知手段７１の他の一つ目の例として、報知手段７１は１つのＬＥＤにより構成する。
状態（Ａ）のとき、ＬＥＤを消灯させる。
状態（Ｂ）のとき、ＬＥＤをゆっくり点滅させる。
状態（Ｃ）のとき、状態（Ｂ）のときよりＬＥＤをはやく点滅させる。
状態（Ｄ）のとき、ＬＥＤを点灯させる。
このように、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、ＬＥＤを消灯、点滅、点灯させることで、各コイル間の相対位置をユーザに報知することができる。一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置をＬＥＤの点滅スピードに置き換えることで、ユーザは各コイル間の相対位置を容易に認識することができる。また、ＬＥＤの点滅スピードを段階的に変化させるのではなく、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、連続的に変化させるようにしてもよい。
【００６３】
また、報知手段７１として１つのＬＥＤにより構成する場合、色が可変できるＬＥＤを用いてもよい。
状態（Ａ）のとき、ＬＥＤを消灯させる。
状態（Ｂ）のとき、ＬＥＤを赤色で点灯させる。
状態（Ｃ）のとき、ＬＥＤを橙色で点灯させる。
状態（Ｄ）のとき、ＬＥＤを緑色で点灯させる。
このように、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、ＬＥＤの色を変化させることで、各コイル間の相対位置をユーザに報知することができる。
【００６４】
また、報知手段７１として１つのＬＥＤにより構成する場合、ＬＥＤの明るさを変化させてもよい。例えば、ＰＷＭ制御によりＬＥＤを駆動する。
状態（Ａ）のとき、ＬＥＤを消灯させる。
状態（Ｂ）のとき、所定のデューティ比でＬＥＤを駆動させる。
状態（Ｃ）のとき、状態（Ｂ）のときよりデューティ比を大きくしてＬＥＤを駆動させる。
状態（Ｄ）のとき、デューティ比が１００％でＬＥＤを駆動する。
このように、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、ＬＥＤの明るさを変化させることで、各コイル間の相対位置をユーザに報知することができる。また、ＬＥＤの明るさを段階的に変化させるのではなく、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、連続的に変化させるようにしてもよい。
【００６５】
報知手段７１の他の２つ目の例として、報知手段７１は複数のＬＥＤにより構成する。例えば、報知手段７１を３つのＬＥＤにより構成する。
状態（Ａ）のとき、いずれのＬＥＤも消灯させる。
状態（Ｂ）のとき、１つのＬＥＤのみ点灯させる。
状態（Ｃ）のとき、２つのＬＥＤを点灯させる。
状態（Ｄ）のとき、３つのＬＥＤを点灯させる。
このように、報知手段７１として複数のＬＥＤを設け、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、ＬＥＤの点灯個数を変化させることで、各コイル間の相対位置をユーザに報知することができる。
【００６６】
また、報知手段７１として複数のＬＥＤにより構成する場合、色の異なる複数のＬＥＤを用いてもよい。例えば、赤色、橙色、緑色の３つのＬＥＤを使用する。
状態（Ａ）のとき、いずれのＬＥＤも消灯させる。
状態（Ｂ）のとき、赤色のＬＥＤのみ点灯させる。
状態（Ｃ）のとき、橙色のＬＥＤのみ点灯させる。
状態（Ｄ）のとき、緑色のＬＥＤのみ点灯させる。
このように、色の異なる複数のＬＥＤを設け、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、点灯させるＬＥＤの色を変化させることで、各コイル間の相対位置をユーザに報知することができる。
【００６７】
報知手段７１の他の３つ目の例として、報知手段７１は音源により構成する。例えば、音源としてブザーを設け、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、音を出力する間隔を変化させる。
状態（Ａ）のとき、音源を消音させる。
状態（Ｂ）のとき、音源から所定の間隔でビープ音を鳴らす。
状態（Ｃ）のとき、状態（Ｂ）のときより短い間隔でビープ音を鳴らす。
状態（Ｄ）のとき、音源から一定時間の連続したビープ音を発生させる。
このように音源を設け、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、音源から発生する音の間隔を変化させることで、各コイル間の相対位置をユーザに報知することができる。音源はブザーでなはくスピーカーなど、どのような音源を用いてもよい。また、発生する音も何を用いてもよい。変形例として、状態（Ｄ）すなわち、送電器７０から受電器２０に電力伝送するのに最適な位置にある場合にのみ、音源からメロディや音声アナウンスなどの所定の音を一定時間出すようにしてもよい。これにより、ユーザは送電器７０と受電器２０の相対位置が電力伝送を行うのに最適な位置にあるのを容易に認識することができる。
【００６８】
報知手段７１の他の４つ目の例として、報知手段７１は振動体により構成する。
状態（Ａ）のとき、振動体を振動させない。
状態（Ｂ）のとき、所定の振動強度で振動体を振動させる。
状態（Ｃ）のとき、状態（Ｂ）のときより強い振動強度で振動体を振動させる。
状態（Ｄ）のとき、状態（Ｃ）のときより強い振動強度で振動体を振動させる。
このように、送電器７０に振動体を設け、その振動により充電装置２０を持ったユーザに振動を伝える。一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、振動体の振動強度を変化させることで、各コイル間の相対位置をユーザに報知することができる。
【００６９】
また、報知手段７１として振動体により構成する場合、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、振動間隔を変化させるようにしてもよい。
状態（Ａ）のとき、振動体を振動させない。
状態（Ｂ）のとき、振動体を所定の間隔で振動させる。
状態（Ｃ）のとき、状態（Ｂ）のときより短い間隔で振動体を振動させる。
状態（Ｄ）のとき、振動体を一定時間連続的に振動させる。
このように、振動体を設け、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、振動パターンを変化させることで、各コイル間の相対位置をユーザに報知することができる。
【００７０】
以上挙げた例のほかに、報知手段７１をモニタにより構成してもよい。一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置がどの程度にあるのかを、モニタ画面に表示することによりユーザに報知する。また、送電器７０と受電器２０の相対位置が電力伝送を行うのに最適な位置にある場合、モニタ画面に最適状態であることを表示する。
【００７１】
このように、制御回路１５は、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置の検出結果に基づいて報知手段７１を制御する。よって、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置がどの程度であるのかによって、報知手段７１の動作を変えることができる。ユーザは、送電器７０に受電器２０を載置するときに報知手段７１の動作を確認することにより、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置を認識することができる。また、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置が電力伝送を行うのに適した範囲内であるのを報知手段７１で通知することもできる。これにより、一次コイル１９と二次コイル２１の位置ずれによる結合係数の低下を抑え、効率よく電力伝送を行うことができる。
【００７２】
第１の実施例で示したような検出用二次共振周波数ｆｄのバラつきに対する入力電流Ｉｉｎの変動を抑制する方法を組み合わせて用いてもよい。また、第２の実施例で示したような入力電圧Ｖｉｎの変動に対する入力電流Ｉｉｎの変動を補正する検出方法を組み合わせて用いてもよい。これによって、より正確な位置検出を行うことができ、よりよい伝送効率で電力伝送を行うことができる。
【００７３】
なお、上述した報知手段７１の例および報知手段７１の動作例はあくまで一例である。報知手段７１の動作例は、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置をユーザが認識できればどのように変更しても構わない。また、報知手段７１としてＬＥＤや音源、振動体を用いた例を示したが、これらを組み合わせて使用してもよい。また、ＬＥＤ以外の発光素子を用いてもよい。また、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、状態（Ａ）〜（Ｄ）の４つの状態を検出するようにしていたが、これはあくまで一例である。最低でも１つの閾値を設け、各コイル間の相対位置がある距離より近いか遠いかを検出し、それを報知手段７１により報知できれば良い。また、一次コイル１９と二次コイル２１の相対位置に応じて、ＬＥＤの明るさや点滅スピードなどを段階的ではなく連続的に変化させることも可能である。これにより、ユーザは各コイル間の相対位置がどの程度離れているのかを詳しく認識することができる。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形したり、各実施例を組み合わせたりして実施することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１０、６０、７０、８０ 送電器
１１ 電流検出回路
１２ 電流検出抵抗
１３ 誤差増幅器
１４ アナログ／デジタル変換器
１５ 制御回路
１６ 入力平滑コンデンサ
１７ 駆動回路
１８ 一次コンデンサ
１９ 一次コイル
２０ 受電器
２１ 二次コイル
２２ 二次コンデンサ
２３ 検出用コンデンサ
２４ 整流回路
２５ 出力平滑コンデンサ
２６ インピーダンス素子
２７ 制御回路
２８ 負荷開閉スイッチ
２９ 負荷
４１、５１ ケース
４２、５２ 磁性体
６１ 電圧検出回路
７１ 報知手段
８１、８２ａ〜８２ｄ、８３ａ〜８３ｄ ＬＥＤ
８５ａ〜８５ｄ 方向検出コイル
【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、該一次コイルに交流電力を供給する駆動回路と、該駆動回路に供給される入力電流を検出する電流検出回路と、該電流検出回路の検出結果が供給される制御回路を備え、
該制御回路が該駆動回路を所定の駆動周波数で駆動するとともに、そのときに流れる該入力電流に基づいて該一次コイルと該二次コイル間の相対位置を検出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】
前記二次コイルと直列に接続された二次コンデンサと、前記二次コイルおよび該二次コンデンサに対して並列に接続した検出用コンデンサをさらに備え、
前記駆動周波数は前記二次コイルと該二次コンデンサと該検出用コンデンサからなる共振回路の共振周波数より低域側に設定される請求項１に記載のワイヤレス電力伝送装置。
【請求項３】
前記二次コイルと直列に接続された二次コンデンサと、前記二次コイルおよび該二次コンデンサに対して並列に接続した検出用コンデンサをさらに備え、
前記制御回路は、前記電流検出回路が前記入力電流を検出する前に前記二次コイルと該二次コンデンサと該検出用コンデンサからなる共振回路の共振周波数を測定するとともに、該測定結果に基づいて駆動周波数を設定する請求項１に記載のワイヤレス電力伝送装置。
【請求項４】
前記駆動周波数は前記共振周波数より低域側にずらした値に設定される請求項３に記載のワイヤレス電力伝送装置。
【請求項５】
前記駆動回路に供給される入力電圧が変動したことによる前記入力電流の変化分を打ち消すように、前記制御回路が前記入力電流の検出結果を補正する請求項１〜４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】
前記電流検出回路の検出結果に応じて、前記一次コイルと前記二次コイル間の相対位置を報知する報知手段をさらに備える請求項１〜５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】
前記報知手段が十字状に配置された複数のＬＥＤから構成され、前記一次コイルと前記二次コイル間の相対位置が近づくにつれて、外側に配置したＬＥＤから中央に配置したＬＥＤに向かって順番に点灯させる請求項６に記載のワイヤレス電力伝送装置。
【請求項８】
前記一次コイルに対する前記二次コイルの位置ずれ方向を検出する検出手段をさらに備え、
該位置ずれ方向に応じて、前記中央に配置したＬＥＤから等しい距離に配置されたＬＥＤのうち、一つもしくは二つのＬＥＤを点灯させる請求項７に記載のワイヤレス電力伝送装置。
【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、該一次コイルに交流電力を供給する駆動回路と、該駆動回路に供給される入力電流を検出する電流検出回路と、該電流検出回路の検出結果が供給される制御回路を備え、
該制御回路が該駆動回路を所定の駆動周波数で駆動するとともに、そのときに流れる該入力電流に基づいて該一次コイルと該二次コイル間の相対位置を検出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】
前記二次コイルと直列に接続された二次コンデンサと、前記二次コイルおよび該二次コンデンサに対して並列に接続した検出用コンデンサをさらに備え、
前記駆動周波数は前記二次コイルと該二次コンデンサと該検出用コンデンサからなる共振回路の共振周波数より低域側に設定される請求項１に記載のワイヤレス電力伝送装置。
【請求項３】
前記二次コイルと直列に接続された二次コンデンサと、前記二次コイルおよび該二次コンデンサに対して並列に接続した検出用コンデンサをさらに備え、
前記制御回路は、前記電流検出回路が前記入力電流を検出する前に前記二次コイルと該二次コンデンサと該検出用コンデンサからなる共振回路の共振周波数を測定するとともに、該測定結果に基づいて駆動周波数を設定する請求項１に記載のワイヤレス電力伝送装置。
【請求項４】
前記駆動周波数は前記共振周波数より低域側にずらした値に設定される請求項３に記載のワイヤレス電力伝送装置。
【請求項５】
前記駆動回路に供給される入力電圧が変動したことによる前記入力電流の変化分を打ち消すように、前記制御回路が前記入力電流の検出結果を補正する請求項１〜４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】
前記電流検出回路の検出結果に応じて、前記一次コイルと前記二次コイル間の相対位置を報知する報知手段をさらに備える請求項１〜５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】
前記報知手段が十字状に配置された複数のＬＥＤから構成され、前記一次コイルと前記二次コイル間の相対位置が近づくにつれて、外側に配置したＬＥＤから中央に配置したＬＥＤに向かって順番に点灯させる請求項６に記載のワイヤレス電力伝送装置。
【請求項８】
前記一次コイルに対する前記二次コイルの位置ずれ方向を検出する検出手段をさらに備え、
該位置ずれ方向に応じて、前記中央に配置したＬＥＤから等しい距離に配置されたＬＥＤのうち、一つもしくは二つのＬＥＤを点灯させる請求項７に記載のワイヤレス電力伝送装置。
【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】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【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】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−１７０２７１（Ｐ２０１２−１７０２７１Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３０３２２（Ｐ２０１１−３０３２２）
【出願日】平成２３年２月１６日（２０１１．２．１６）
【出願人】（０００００３０８９）東光株式会社 (243)
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１６日（２０１１．２．１６）
【出願人】（０００００３０８９）東光株式会社 (243)
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