送电控制装置、送电装置、无触点输电系统及次级线圈的定位方法

专利名称：送电控制装置、送电装置、无触点输电系统及次级线圈的定位方法
技术领域：
本发明涉及送电控制装置、送电装置、无触点输电系统及次级 线圏定位方法等。
背景技术：
近年来，利用电磁感应即使在金属部分无触点的情况下也可以 进行电力传输的无触点输电(非接触输电)备受瞩目。作为该无触 点输电的适用例，4是案有^f更携式电话才几和家用电器(例如电话才几的 子才几和钟表)的充电等。例如，在专利文献l中记载有使用原线圈和次级线圈的无触点 输电装置。此外，在专利文献2中记载有在无触点输电系统中检测原线圈 和次级线圈之间的位置偏差(偏移)的技术。在专利文献2记载的 技术中，基于受电装置的整流电路的输出电压来才企测原线圏和次级 线圈的相对位置关系是否正常，在正常时通过发光二才及管LED的 亮灯将该内容通知给使用者。专利文献1:日本特开2006-60909号7>才艮专利文献2:日本特开2005-6460号爿>才艮
在专利文献2的技术中，虽然能够将原线圈和次级线圏的位置 调整(对位)是否正确提示给用户，但是由于根据在受电装置中的 整流电路的输出来判定位置偏移，所以必须从送电装置向受电装置 连续地送电，而且，送电装置不能主动;也获纟寻线圈间的位置偏移的 信息。发明内容本发明鉴于上述技术问题，其目的在于提供送电控制装置、送 电装置、无触点输电系统及次级线圈定^f立方法，在本发明的几个方 面中，送电装置(原级侧设备)能够主动地高精度地检测出送电装 置(原级侧设备)和受电装置(次级侧设备)之间的相对位置关系。(1 )根据本发明的一个方面，提供了送电控制装置，被设置 在无触点输电系统中的送电装置中，其中，上述无触点$命电系统乂人 上述送电装置经由电》兹耦合的原线圈及次级线圈以无触点的方式 向受电装置传输电力，上述送电控制装置的特征在于，包括送电 侧控制电路，用于控制向上述受电装置的送电；以及谐波检波电路， 用于检测上述原线圏的驱动频率的谐波信号。设置在送电控制装置中的谐波检波电^各检测原线圈的驱动频 率的谐波谐振峰值。例如，在次级侧(受电装置侧)形成有与原线 圈的驱动频率的谐波(高次谐波)进行i皆振的谐振电3各。即，在原 线圈和次级线圈变为规定的相对位置关系时，次级侧的谐振电路被 构成，例如，当间歇地驱动原线圈且观察谐波检波电路的检波输出 电平时，能够高精度且与次级侧设备的动作无关地(即，原级侧主 动地)检测出原线圈和次级线圈变为规定的相对位置关系的情况。 例如，当将以原线圈作为结构要素的原级侧谐振电路的谐振频率设 定为fp时，因重一见动作的穂、定性，通常原线圈的驱动频率^皮i殳定为 偏离该谐振频率(fp)的频率(fd)。当为上下对称的驱动信号时，
原线圏的马区动频率的i皆波(fs)《又为奇凄t次i皆波，例如可以l吏用5 次谐波(fs: = 5fd)。谐波信号具有与从原线圈向次级线圈的通常输 电无关的频率，由于对通常动作没有赋予任何影响所以是安全的， 此外，若是n次谐波(n例如为大于等于3的奇数)，则由于谐振的 能量降低至基础频率的约l/n，所以谐振峰值也变为合适的电平， 也容易进行基于谐波检波电路的检测。谐波检波电路的检波输出能 够在原线圈(送电装置)和次级线圏(受电装置或次级侧设备)的 广义上的位置检测中使用，其检波输出可以利用于各种用途。例如， 能够将谐波检波电路的检波输出作为指标，进行原线圈和次级线圈 的位置调整。另外，能够通过获得谐波检波输出来检测出次级侧设 备被放置在规定位置上的情况(次级侧设备的放置检测)。另外， 也可以通过监视谐波^企波输出的电平变动，从而实时检测出原线圈 和次级线圈中任一个线圈的远离(或者靠近)(移动、靠近、分离 等的检测)。另外，由于没有获得到目前为止已获得的规定电平的 i皆波斥企波llT出，所以能够才企测出 一次》文置的次级侧i殳备^皮耳又下的情 况(取下检测)。另外，所谓能够检测出谐波是指放置在载置区域 的不是螺钉或钉子等，而是能够成为送电对象的次级侧设备(至少 有这种可能性)。即，谐波检波电路具有作为如下单元的作用检 测放置在载置区域的物品是否是能够成为送电对象的设备(是否为 恰当的次级侧设备的才企测器)。(2)在本发明的送电控制装置中，在上述受电装置侧形成有 与上述原线圈的驱动频率的谐波进行谐振的谐振电路，上述谐波检 波电路检测基于上述谐振电路的上述谐波的谐振信号。在受电装置侧形成有与原线圈的驱动频率的谐波进行谐振的 谐振电路，据此，可以得到谐波的谐振峰值这点是显而易见的。例 如，上述的谐振电路能够通过设定次级侧的谐振电容器的电容值来 实玉见与两个线圈偏离失见定3巨离R (RSO)时的漏电感进4亍i皆:振。
(3) 在本发明的送电控制装置中，上述受电装置包括与上述 次级线圏连接的电容器，当上述原线圏的中心和上述次级线圏的中 心一致且电f兹耦合时，由漏电感及上述电容器构成与上述原线圈的 驱动频率的谐波进行谐振的谐振电路，上述谐波检波电路作为用于 才企测上述原线圏的位置和上述次级线圈的位置 一 致的位置#r测电 if各进行工作。由原线圏和次级线圈的位置 一 致时的漏电感和电容器构成"i皆 振电路。因此，可以将谐波检波电路的检波输出利用作为表示两个 线圈的位置符合(一致)的位置检测信号。因此，能够以作为该位 置检测信号的谐波检波输出的电平作为指标，进行原线圈和次级线 圈的位置调整。例如，在得到超过规定电平的谐波检波输出时，显 示灯点亮，以手动4吏次级侧i殳备尝试4普误地移动，并纟笨索灯点亮的 4立置，/人而相乂十于原线圏定4立次级线圈。(4) 在本发明的送电控制装置中，上述受电装置包括与上述 次级线圈连4妄的电容器，当上述原线圈的中心和上述次级线圏的中 心偏离规定距离且电磁耦合时，由漏电感及上述电容器构成与上述 原线圈的驱动频率的谐波进行谐振的谐振电路，上述谐波检波电路 作为用于才佥测上述原线圈的位置和上述次级线圈的位置偏离失见定 距离的位置检测电路进行工作。由原线圈和次级线圈偏离》见定3巨离时的漏电感和电容器构成 谐振电路。因此，可以将谐波检波电路的检波输出利用作为表示两 个线圈的位置偏离规定距离的位置检测信号。因此，可以以作为该 位置检测信号的谐波检波输出的电平作为指标，并且，既可以检测 出原线圈和次级线圈的失见定的相对位置关系，也有意地将两个线圈 ^殳定为该相^N立置关系。(5) 在本发明的送电控制装置中，上述送电控制装置还包括 致动器控制电路，控制用于使上述原线圏在XY平面上的位置移动的致动器的动作，将上述谐波4全波电^各的才企波^r出作为指标，并通过上述致动器控制电路驱动上述致动器，从而尝试错误地移动上述 原线圏，据此进4亍上述原线圏相对于上述次级线圏的定位。例如，在得到大于等于失见定电平的谐波才企波l俞出为止，通过致 动器尝试错误地移动原线圈的位置。由此，能够自动地实现原线圈 和次级线圈的规定的相对位置关系。在这里，在"尝试错误地使原 线圈移动的方法"中，包含有例如根据规定的移动顺序(例如根据 螺旋状扫描顺序)移动原线圈的情况，此外，还包括完全随4几地移 动的情况。(6) 在本发明的送电控制装置中，上述送电控制装置还包括 靠近冲企测电路，根据上述原线圈的线圏端电压或线圈电流来才佥测次 级线圈的靠近。根据该构成，不仅能基于谐波检波输出检测两个线圈的相对位 置关系，也可以自动地检测次级线圏的(向原线圏的)靠近。由此， 可进行如下这样的动作例如，当检测出次级线圈的靠近时，则将 其作为触发(trigger)并自动地执行两个线圈的相对位置关系的枱， 测动作，从而可提高无触点输电系统的便利性。此外，所谓可以检 测次级线圏的靠近是表示能够成为送电对象的次级侧设备正靠近， 关于这点，靠近4企测电3各也具有作为如下单元(是否为适当的次纽^ 侧设备的检测器)的作用才佥测载置区域上的设备是否是能够成为 具有次级线圈的送电对象的次级侧设备。(7) 在本发明的送电控制装置中，上述次级线圏是带石兹体的 次级线圏，上述靠近检测电路通过检测出以伴随上述带磁体的次级 线圈的靠近而引起的上述原线圈的电感增大为起因的、以少见定频率
驱动上述原线圏时的线圈端电压或线圏电流的减少，从而4全测出上 述次级线圏的靠近。对次级线圈的靠近才佥测的具体的方法例进4亍说明。次级线圈是 带》兹体的线圏。例如，》兹体是用于遮断次级线圈的,兹通量和次级侧 的电路的屏蔽^反，或者也可以是次级线圈的》兹芯。当次级线圏靠近 时，原线圏的》兹通量能够穿过次级线圏的》兹体，据此，原线圈的电 感上升。在这里所说的"电感，，是因带》兹体的次级线圏的靠近而变 动的电感(准确地是一见在电感)。使用所说的所谓"视在电感"的 术语是为了与原线圏自身的电感(在不受到次级线圈的靠近影响时的电感)进4亍区另l1。 i亥^见在电感(apparent inductance )的^f直诸^口通 过以测量器实际测量在次级线圏靠近时的原线圈的电感而取4寻。在 本说明书中，除了最好明确记载"视在电感"的地方之外，均将视 在电感^f义表述为电感。当原线圏的电感上升时，则由于原线圈的线 圏端电压(线圏电流)减少，所以能够通过片企测该变化而才企测出次 级线圈的靠近。(8) 在本发明的送电控制装置中，上述送电侧控制电^^为了 才全测上述次级线圏的靠近，以上述规定频率间歇地驱动上述原线 圏。为了自动地才企测次级线圏的靠近，原线圏间歇地(例如周期地) 以^见定频率驱动原线圏。这时，如检测出线圏端电压(线圈电流) 的减少，则4企测出次级线圈的靠近。(9) 在本发明的送电控制装置中，上述送电控制装置还包括 通知部，上述通知部通知基于上述谐波4企波电^各的4企波^T出的、上 述原线圈和上述次级线圈之间的相对^f立置关系的检观'J结果。
通知部通过通报用户的视觉、声音等的五感，将两个线圈的相 对位置关系的检测结果通知给用户。据此，用户能够了解两个线圈 的位置关系。此外，如上所述，也能够检测出次级侧设备的放置或取下(leave )。此夕卜，也可以获得以下情况通知部也能够将次级 侧设备是否是能够成为送电对象的设备(例如具有符合标准的次级 侧构成的次级侧i殳备)通知给用户。考虑在通知的方式中有各种变形。例如，可以根据作为两个线 圏的相对位置关系的检测信号的谐波检波输出的电平来进行多阶 段的通知。例如，在获得超过第一电平的谐波检波输出时红色的显 示灯亮灯，在获得超过第一电平的第二电平的谐波^r波输出时绿色 的显示灯亮灯，用户以手动尝试4晉误地移动次级侧i殳备，才艮寺居确i人 亮灯的有无及亮灯的颜色，可以更有效地相对于原线圏定4立次级线 圈。即，如红色的灯亮灯，则可知次级线圈已某种禾呈度地靠近原线 圈，所以之后用户能够缩小探索(移动)范围，更慎重地移动次级 侧设备。由此，易于相对于原线圏定位次级线圈。此外，载置区域 i殳定为透明，且若用户i殳法能够直4妄或间4妄地 一见觉确认4立于载置区 域下侧的线圏位置等，则定位变得更容易。(10)本发明的送电装置包括本发明的上述任一方面的送电 控制装置；以及上述原线圏。由此，可以实现具有主动地;险测原线圈和次级线圈的位置关系 的功能的新的无触点输电系统用的送电装置。(11 )本发明的无触点IIT电系统包4舌本发明的送电装置；以 及上述受电装置，包括与上述原线圈的驱动频率的谐波进行谐振的 谐振电路。
据此，通过在原级侧设置的谐波检波电路，从而可以实现能够 检测出原线圏和次级线圏的位置关系的新的无触点输电系统。(12)本发明的次级线圈的定位方法如下的次级线圈的定位方 法上述次级线圏定位方法是无触点输电系统中的次级线圈定位方 法，其中，上述无触点输电系统在从送电装置经由电》兹耦合的原线圏及次级线圏以无触点方式向受电装置传^r电力，并在上述次级线圈上连4妻有电容器，在上述原线圏的中心和上述次级线圈的中心一 致且电石兹耦合时，通过漏电感和上述电容器构成与上述原线圈的驱 动频率的谐波进^亍谐振的谐振电^各，在上述次级线圏定位方法中， 在上述送电装置中设置谐波检波电路和通知部，上述谐波检波电路 用于才企测i殳置在上述送电装置中的上述原线圏的驱动频率的谐波 信号，上述通知部通知基于上述谐波检波电路的检波输出的、上述 原线圏和上述次级线圈之间的相对位置检测结果，通过以基于上述 通知部的通知信息作为指标-使上述受电装置的位置移动，/人而相对 于上述原线圈定位上述次级线圏。据此，例如，在得到超过规定电平的谐波检波输出时显示灯点 亮，以手动尝试4晉误地移动次级设备，并探索灯点亮的位置，从而 可以相对于原线圏定位次级线圏。附图i兌明

图1 (A)、图1 (B)是表示应用本发明的无触点输电系统的 应用方式的一例的图；图2是表示在包含送电装置、受电装置的无触点输电系统中的 各部分的具体的构成的一例的电路图3 (A)及图3(B)是用于说明原级侧设备和次级侧设备之 间的信息传输原理的图；图4是表示用于进行次级侧设备的靠近检测及两线圈的自动的 位置调整的原级侧(送电装置)的构成的图；图5 (A) ~图5 (F)是用于对在次级线圈的^兹体靠近原级线 圈时的电感的增加进4亍i兌明的图；图6 (A) ~图6 (D)是表示原级线圈和次级线圏的相对位置 关系的例子的图；图7是表示原级线圈和次级线圏的相对距离、与原级线圈的电 感的关系的图；图8是用于说明在原线圏和次级线圏电磁耦合后的变压器中的 漏电感的扭克念的图；图9 (A) ~图9 (E)是用于说明谐波谐振电路的构成和动作 的示意图；图10 (A)、图10 (B)是用于对两线圏仅偏离规定距离R时 产生谐振的谐波谐振电路进行说明的图；图11 (A) ~ 11 (D)是用于说明在相对于次级线圏扫描(scan) 原级线圈时的、得到谐波谐振峰值的位置的图；图12是表示原级线圈向次级线圈靠近时的原级线圏的电感的 变化例、及从谐波4企波电鴻4寻到的谐波电压的变化例的图13 (A)、图13 (B)是用于对两线圈的位置一致时产生谐 振的谐波谐振电路进行i兌明的图；图14(A)、图14 (B)是用于说明以谐波谐振电路的^r波输 出作为指标，尝试错误地扫描原级线圏后进行原级线圏定位的方法的图；图15是表示以谐波检波输出作为指标的扫描原级线圈的步骤 的流程图；图16是表示XY载物台(stage)的基本结构的立体图；图17是表示送电装置的其它构成(进行次级侧设备的靠近检 测及两线圈的相对位置关系信息的通知的结构)的图；以及图18 ( A)、图18 (B)是表示用具有图17的结构的送电装置 的无触点豸命电系统的应用方式的一例的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的优选的实施例进行说明。另外， 以下说明的实施例并不是对本发明的保护范围中记载的本发明的 内容的不合理限定，本实施例中说明的构成的全部未必都是本发明 的必要技术特征。另夕卜，在以下的i兌明中，首先，参照用"i皆波^r波电^各的專lr出佳: 原线圈的位置自动地移动的例子，同时对利用i皆波一企波的原线圈和 次级线圏的相对位置关系的4企测原理进行i兌明，4妄着，对利用谐波 检波输出的各种变形(对被检测的两个线圈的位置关系进行通知的 构成、和以手动方式移动次级侧i殳备的例子等)进4于说明。 (第一实施例)首先，》于应用本发明的无触点^叙电系统的应用例进4亍i兌明。 (无触点|釙电系乡克的应用例)图1 (A)、图1 (B)是表示利用本发明的无触点输电系统的 应用方法的一例的图。图1 (A)是系统设备的立体图，图1 (B) 是沿图1 (A)的系统设备的P-P'线的截面图。如图1 (B)所示，送电侧装置(具有本发明的送电装置10、 致动器(未图示)及XY载物台702的原级侧结构体)704内置在 具有平坦的平面的结构物(在这里为系统"i殳备)620内。即，送电侧装置704被设置在系统设备620的内部所设立的凹 部上。在系统i殳备620的上部"i殳置有平々反(平坦元4牛例如几毫米 厚的丙烯板(acrylic plate )) 600，该平板600由支撑部件610支撑。在平板600的一部分中设置有用于载置便携式终端(包括便携 式电话终端、PDA终端及可便携的计算机终端)的便携式终端载置 区域Z1。如图1 (A)所示，设置在平板600中的便携式终端载置区域 (载置区》或)Z1和其它的部分颜色不同，乂人而^f吏用户一目了然i也^口 晓放置便携式终端的区域。另外，也可以不改变便携式终端载置区 域(载置区域)Zl的整体的颜色，而改变其区域Z1与其它区域的 界限部分的颜色。另外，可以用透明材并牛构成载置区域Zl,且用不透明材津牛构 成载置区以外的区域。这时，用户能够识别载置区域Zl,且由于能 只见察到载置区的下侧(内部)，所以易于直接或间接地掌握i殳置在
载置区下面的原线圈的位置。因此，当用户自己移动次级侧"i殳备的 位置并进4亍原线圏和次级线圈的位置调整时，能更容易地进4亍位置 调整，提高了用户使用的便利性。在便携式终端(次级侧设备)510中内置有接受来自送电装置 IO的输电的受电装置40 (包含次级线圈)。当将《更携式终端510方文置在《更携式终端载置区域Z1上的和无略 位置上时，内置在系统设备620内的送电装置10自动地才全测该便 携式终端510被放置在便携式终端载置区域Zl上的概略位置上， 驱动致动器(在图1中未图示) -使XY载物台(可移动载物台)移 动，以配合次级线圈位置的方式自动调整原线圏的位置。通过该原 线圏位置的自动调整功能，不论便携式终端的制造商、种类、大小、 形状及i殳计等，通常都能最优化原线圏和次级线圈的位置并进4亍无触点，lr电。(无触点输电系统的构成和动作)图2是表示在包含送电装置及受电装置的无触点输电系统中的 各部分的具体构成的 一例的电路图。(送电装置的构成和动作)如图2的左侧所示，送电侧装置(原级侧结构体)704包括XY 载物台(可移动载物台)702、 ^皮i殳置为可通过该XY载物台702 沿X轴方向及Y轴方向移动的送电装置10、 5丈动器马区动器710、 X 方向致动器720及Y方向致动器730。具体地-说，送电装置10一皮 载置在XY载物台702的顶^反(可移动4反)上(关于这一点，用图 14进行后述)。送电装置10包括送电控制装置20、送电部12、波形监4见电路 14及作为通知单元的显示部16。另外，送电控制装置20包4舌送电 侧控制电路22、驱动时钟脉冲生成电路23、振荡电路24、谐波检 波电路25 (包括滤波电路27、与谐波fs进行混频的混频器29及检 波电路(波形检测电路)31)、驱动器控制电路26、波形检测电路 (峰值保持电路或脉宽检测电路)28、比较器(CP1、 CP2)及致 动器控制电路37。另夕卜，在受电装置40中设置有受电部42、负载调制部46及供 电控制部48。在受电部42中i殳置有整流电^各43、负载调制部46、 供电控制部48及控制部50。另外，自身负载90包含有充电控制装 置92和蓄电池(次级电池)94。才艮据图2的构成，实现无触点输电(非4妄触输电)系统，在上 述无触点输电系统中，通过使原线圈Ll和次级线圏L2电^兹耦合， 并/人送电装置10向受电装置40输电，并乂人受电装置40的电压丰餘 出节点NB6向负载卯供给电力(电压VOUT )。送电部12在*#电时生成失见定频率的交流电压，并在 居传车# 时根据数据生成频率不同的交流电压，从而提供给原线圈Ll。图3 (A)及图3(B)是用于说明在原级侧设备和次级侧设备 之间的信息传递的原理的图。将频率调制用于从原级侧向次级侧的 信息传达。另外，将负载调制用于从次级侧向原级侧的信息传达。如图3 (A)所示，例如，当从送电装置10向受电装置40发 送凄史据"1"时，生成频率fl的交流电压，当发送凄t据"0"时，生 成频率f2的交-危电压。
另外，如图3(B)所示，受电装置40能够通过负载调制转换 低负载状态/高负载状态，据此，能够把数据"0"、 "1"发送到原级 侧(送电装置10)。图2的送电部12可以包4舌用于驱动原线圈Ll 一端的第一送电 驱动器、用于驱动原线圏Ll另一端的第二送电驱动器以及与原线 圈Ll共同构成谐振电路的至少一个的电容器。而且，送电部12所 包括的第 一 、第二送电驱动器中的每个送电驱动器都诸如是由功率 MOS晶体管构成的倒相电路(或緩冲电路)，由送电控制装置20 的驱动器控制电路26控制。通过原线圈Ll (送电侧线圈)与次级线圈L2 (受电侧线圈) 电磁耦合而形成输电用变压器。例如，如图1所示，当需要输电时， 将Y更携式电话机510方文置在平板600上，变为原线圏Ll的》兹通量 穿过次级线圏L2的状态。另一方面，当不需要输电时，物理地分 离^更携式电话才几510，变为原线圈Ll的f兹通量不穿过次级线圏L2 的状态。作为原线圈Ll和次级线圈L2,-清如可以4吏用绝纟彖的单线在同 一平面内巻绕成螺旋形状的平面线圏。但是，也可以将单线替换成 绞线(twisted wire),使用该绞线(将绝缘的多个的微细的单线捻 成一起而成的线)巻绕成螺;旋形状的平面线圈。4旦是，线圈的种类 并不4又限于此。波形监^L电路14是对原线圈Ll的感应电压进行4企测的电i 各， T者如可以包括电阻RA1、RA2、和在RA1和RA2的共有连4妻点NA3 与GND (广义上的低电位侧电源)之间设置的二极管DA1。具体 ;也i兌，通过用电阻RA1、 RA2对原线圈Ll的感应电压进4亍分压而 获得的信号PHIN ^皮输入给送电控制装置20的波形4企测电3各28。显示部16为用颜色或图〗象等显示无触点输电系统的各种状态 (输电中、ID认证等)的装置，例如，通过LED (发光二极管) 或LCD (液晶显示装置)等实现。送电控制装置20是用于进行送电装置10的各种控制的装置， 可以通过集成电i 各装置(IC)等加以实现。该送电控制装置20包 括送电侧控制电路22、驱动时钟脉冲生成电路23、振荡电路24、 谐波检波电路25、驱动器控制电路26、波形检测电路(峰值保持 或脉宽检测电路)28、比4交器CP1、 CP2以及致动器控制电^各37。送电侧控制电路22是进行送电装置10和送电控制装置20的 控制的电路，例如，可以通过门阵列或微型计算机等实现。具体地 说，送电侧控制电路22进行输电、负载冲企测、调频、异物冲全测或 者装卸检测等所需的各种顺序(sequence)控制和判定处理。振荡电路24诸如由晶体振荡电路构成，生成原级侧的时钟脉 沖(clock signal )。驱动时钟脉沖生成电^各23基于由振荡电路24 生成的时钟脉沖和来自送电侧控制电路22的频率设定信号，生成 预期的频率的驱动控制信号。驱动器控制电^各26例如进行调整以^吏包含在送电部12中的两 个送电驱动器(未图示)不同时导通(ON)，同时向送电部12的 送电驱动器(未图示)输出驱动控制信号，并控制该送电驱动器的 动作。波形4全测电^各28监视相当于原线圈Ll 一端的感应电压的4言号 PHIN的波形，并进4亍负载冲企测和异物4企测等。例如，当受电装置 40的负载调制部46进4亍用于向送电装置10发送凄t据的负载调制 时，原线圈Ll的感应电压的信号波形对应其进行改变。
具体地iJL如图3 (B)所示，当为了发送^t据"0"，受电装 置40的负载调制部46降低负载时，信号波形的振幅(峰值电压) 变小，当为了发送数据"1"而提高负载时，信号波形的振幅变大。 因此，波形检测电路28通过进行感应电压的信号波形的峰值保持 (peak-hold)处理等，判断峰值电压是否超过阈值电压，从而可以 判断从受电装置40得到的数据是"0"还是'T，。另夕卜，波形冲全测 的方法并不限定于上述的方法。例如，也可以用峰^直电压以外的物 理量来判断受电侧的负载是高还是变低。诸如也可以使用峰值电流 进行判断。另夕卜，作为波形检测电路28,可以使用峰值保持电路(或用于 ^r测以电压和电流的相位差决定的脉宽的脉宽检测电^各)。(受电装置的构成和动作)受电装置40 (受电才莫块、次级^t块)可以包括次级线圈L2 (包 含与两端连接的谐振电容器并优选包含石兹体)、受电部42、负载调 制部46、供电控制部48以及受电控制装置50。而且，受电装置40 和受电控制装置50并不〗义限于图2的构成，可以省略其构成要素 的一部分、或附加其它构成要素，实施改变连4妾关系等的各种各才羊 的变形。受电部42将次纟及线圈L2的交流感应电压转4灸为直流电压。通 过受电部42具有的整流电路43进行该转换。该整流电路43包含 二极管DB1 DB4。 二极管DB1设置在次级线圈L2的一端的节点 NB1与直力t电压VDC的生成节点NB3之间，DB2 i殳置在节点NB3 与次级线圈L2的另一端的节点NB2之间，DB3设置在节点NB2 与VSS的节点NB4之间，DB4 i殳置在节点NB4与NB1之间。 受电部42的电阻RBI 、 RB2 i殳置在节点NB1与NB4之间。 而且，通过利用电阻RB1、 RB2对节点NB1、 NB4间的电压进4亍 分压所得的信号CCMPI被输入给受电控制装置50的频率检测电路 60。受电部42的电容器CB1及电阻RB4、 RB5 i殳置在直;克电压 VDC的节点NB3与VSS的节点NB4之间。而且，利用电阻RB4、 RB5对节点NB3、 NB4之间的电压进行分压而获得的分电压VD4 经由信号线LP2被输入给受电侧控制电路52及位置检测电路56。 对于位置检测电路56，其分电压VD4成为用于位置检测的输入信 号(ADIN)。负载调制部46进行负载调制处理。具体地说，当从受电装置 40向送电装置10发送想要的数据时，根据发送数据使在负载调制 部46(次级侧)中的负载可变;也改变，并4吏原线圈Ll的感应电压 的信号波形改变。为此，负载调制部46包含串联设置在节点NB3、 NB4间的电阻RB3、及晶体管TB3 (N型的CMOS晶体管)。该晶体管TB3通过从受电控制装置50的受电侧控制电^各52 经由信号线LP3给予(赋予)的控制信号P3Q被导通(ON)或截 止(OFF)控制。在开始正式送电之前的认证阶段中，在导通、截 止控制晶体管TB3并进行负载调制将信号发送给送电装置时，供电 控制部48的晶体管TB2 ^皮截止，负载卯与受电装置40处于未电 连4妻的状态。例如，当为了发送数据"0",而将次级侧设为低负载(阻抗大) 时，信号P3Q为L电平且晶体管TB3处于截止状态。基于此，负 载调制部46的负载变为几乎无限大(无负载)。另一方面，当为了 发送lt据"1"，而将次级侧i殳为高负载(阻抗小)时，信号P3Q为
H电平且晶体管TB3处于导通状态。基于此，负载调制部46的负 载变为电阻RB3 (高负载)。供电控制部48控制向负载90的电力供电。调整器(LDO) 49 对通过整流电路43中的转换而得到的直流电压VDC的电压电平进 行调整，并生成电源电压VD5 (例如5V)。受电控制装置50诸如 3皮供主合有此电源电压VD5并进4亍工作(动作)。另夕卜，在调整器(LDO) 49的输入端和输出端之间设置有由 PMOS晶体管(Ml )构成的开关电路。通过导通作为该开关电路的 PMOS晶体管(Ml )， 乂人而形成旁^各(by-pass)调整器(LDO) 49 的^各径。例如，在高负载时(例如，在消库毛强烈的蓄电池充电的初 期，需要稳定地流入大致固定的大电流，这样的时候相当于高负载 时)，由于调整器49本身的等值阻抗，电力损耗增大且发热增大， 所以就要迂回调整器经过旁路路径把电流提供给负载。为了控制作为开关电^^的PMOS晶体管(Ml)的导通/截止， 设置有作为旁路控制电路功能的NMOS晶体管(M2)及上位电阻 R8。当从受电侧控制电路52通过信号线LP4把高电平的控制信号 赋予NMOS晶体管(M2)的栅极时，NMOS晶体管(M2 )导通。 于是，PMOS晶体管(Ml )的栅才及变为低电平，PMOS晶体管(Ml ) 导通，形成有旁路调整器(LDO) 49的路径。另一方面，当NMOS 晶体管(M2)处于截止状态时，由于PMOS晶体管(Ml)的棚-极 通过上位电阻R8维持高电平，所以PMOS晶体管(Ml )截止，不 形成旁3各3各径。由包含在受电控制装置50中的受电控制电^各52控制NMOS 晶体管(M2)的导通/截止。
另夕卜，晶体管TB2 (P型的CMOS晶体管)设置在电源电压 VD5的生成节点NB5 (调整器49的输出节点)和节点NB6 (受电 装置40的电压输出节点)之间，由来自受电控制装置50的控制电 路52的信号P1Q控制。具体地说，晶体管TB2在完成(确定)ID 认证并进行通常的输电(即正式送电)时变为导通状态。受电控制装置50是进行受电装置40的各种控制的装置，可以 利用集成电路装置(IC)等实现。该受电控制装置50可以利用根 据次级线圈L2的感应电压而生成的电源电压VD5进4亍工作。而且， 受电控制装置50可以包含控制电路52 (受电侧)、位置检测电路 56、振荡电路58、频率4全测电路60以及充满电4企测电路62。受电侧控制电路52是进行受电装置40和受电控制装置50的 控制的电路，例如，可以利用门阵列或微型计算机等实现。该受电 侧控制电路52将串联调节器(LDO )49的输出端的固定电压(VD5 ) 作为电源进行工作。该电源电压(VD5)经过电源供给线LP1赋予 给受电侧控制电^各52。具体地说，该受电侧控制电路52进行ID认证、位置4企测、频 率才企测、充满电4企测、用于{人^￡用的通信的负载调制、以及为了可 以检测异物插入的通信用的负载调制等所需的各种顺序控制和判 定处理。位置4全测电3各56用于监^L相当于次级线圏L2的感应电压的波 形的信号ADIN的波形，并判断原线圏Ll和次级线圈L2的4立置关 系是否恰当。具体地说，用比4交器将信号ADIN变换为二值(binary value ) 并判断位置关系是否恰当。振荡电路58诸如由CR振荡电路构成，振荡电^各58用于生成 次级侧的时钟力永沖。频率4企测电3各60用于4企测信号CCMPI的频率 (fl、 f2)，并判断送电装置IO发送的发送数据是"1"还是"0"。充满电检测电路62 (充电检测电路)是用于检测负载90的蓄 电池94是否为充满电状态(充电状态)的电^各。具体地i兌，充满 电才企测电^各62诸如通过4企测在显示充电状态中使用的LEDR的导 通或截止，从而冲企测充满电状态。即，当在连续^L定时间(例如、 5秒)中LEDR熄灭时，判断蓄电池94为充满电状态(充电完成)。另夕卜，负载卯内的充电控制装置92也可以基于LEDR的亮灯 3犬态来#企测充满电 一犬态。另外，负载卯包含进行蓄电池94的充电控制等的充电控制装 置92。充电控制装置92能够根据发光装置(LEDR)的亮灯状态检 测充满电状态。该充电控制装置92 (充电控制IC)可以通过集成 电3各装置等实现。另夕卜，可以4象智能电池(smart battery ) —冲羊，4吏 蓄电池94本身具有充电控制装置92的功能。另外，自身负载90 并不卩艮定于二;大电';也(secondary batery )。例长口，也可能存在通过失见 定的电路工作，其电路变为自身负载的情况。(关于次级侧设备的靠近4全测及两个线圈的位置调整)图4是表示用于进行次级侧设备的靠近检测及两个线圈的自动 的位置调整的送电装置的构成的一例的图。在图4中，更具体的示 出图2所示的送电装置IO的内部构成。在图4中，将波形检测电路28设定为峰值保持电路。由波形 检测电路28输出线圏端电压的峰值电压SR。该峰值电压SR可以 用于次级线圏L2的靠近4企测。该峰值电压SR通过比较器CP1与
第一阈值(靠近检测用阈值)VI进行比较。比较器CP1的输出信 号PE1被供给给送电侧控制电路22。另外，谐波检波电路25具有对来自波形监^L电路14的电压信 号进行滤波的滤波电路27、对原线圏Ll的奇数次谐波(在这里为 5次谐波)fs进行混频的混频器29及检波电路(波形检测电路)31。在这里，如果将由原线圈Ll和电容器C1构成的原级侧的串联: 谐振电路的谐振频率设定为(fp),则通常重视动作的稳定性而将原 线圈的驱动频率设定为偏离其谐振频率(fp)的频率(fd)。当为上 下对称的驱动信号时，原线圏的驱动频率的i皆波(fs)仅为奇凄t次 i皆波，如上所述，例如可以4吏用5次-谐波(fs: = 5fd)。谐波检波电路25的检波输出通过比较器CP2与第二阈值(谐 波谐振峰值检测用阈值)V2进行比较。比较器CP2的输出信号PE2 被提供给送电侧控制电路22。另外，送电侧控制电路22能够根据比较器CP1的输出信号 (PE1 )检测次级侧设备(次级线圈L2)的靠近。另夕卜，送电侧控 制电路22将比较器CP2的输出信号(PE2 )作为指标(index )，向 致动器控制电路37发送原线圏(原级侧设备)的扫描指令。致动 器控制电路37根据来自送电侧控制电路22的扫描指令驱动致动器 (actuator )。另夕卜，也可以将比较器CP2的输出信号(PE2 )输入 给致动器控制电路37,通过致动器本身的判断驱动致动器。另外，如图4的右上所示，在次级线圈(L2)中i殳置有i皆波谐 振用的电容器C2，还设置有f兹体FS。该石兹体FS例如是将》兹通量和 电路进行分离的遮蔽板，或者也可以是次级线圈的磁芯。通过存在 》兹体FS， 乂人而可以一企测次级线圏靠近原级侧(详细进行后述)。
(次级线圏的靠近才企测的原理)下面，利用图5至图7对次级线圈的靠近检测的原理进行i兌明。 图5 (A)至图5 (F)是用于对次级线圏的石兹体靠近原线圈时的电 感增加进行说明的图。如上所述，在这里所说的"电感"是指因带 ^兹体的次级线圈的靠近而变动的电感(准确;也是浮见在电感(apparent inductance ))。使用所说"视在电感"的术语是为了与原线圈自身的 电感(在不受到次级线圏的靠近影响时的电感)进4亍区别。在以下 的i兌明中，Lps和4皮标明的电感为#见在电感。如图5(A)所示，在次级线圈L2中附属有》兹体(FS)。如图 5 (B)所示，该磁体(FS)例如是作为存在于平面线圈即次级线圈 L2、和电路基板3100之间的磁屏蔽材料的石兹体(并不仅限定于此， 也可以是作为次级线圈L2的磁芯的磁体)。图5 (C)所示的原线圏Ll自身的等岁文电^各变成如图5 (D) 所示，其谐振频率成为如图示的fp。即，通过L1和C1来确定谐振 频率。在这里，如图5(E)所示，当次级线圈L2靠近时，在次级 线圈L2中附属的磁体(FS)与原线圈Ll耦合，如图5(F)所示， 变成原线圈(Ll)的磁通量穿过磁体(FS)，磁通量密度增加。由 此，原线圏的电感上升。这时的原线圈Ll的"i皆冲展频率变为如图所 示的fsc。即，谐振频率依存于Lps (考虑到因次级线圈靠近的影响 的原线圈的视在电感)和原级侧的电容器Cl。即，原线圏的视在 电感Lps可以如下表示。Lps = Ll+AL。在该7>式中，Ll是原线圏 自身的电感，AL是因》兹体FS靠近于原线圏而引起电感的上升量。 例如可以通过用计测4义器实际测量当次级线圏靠近时的原线圏的 电感来耳又;得Lps的具体的1直。接着，对由于两个线圏的靠近，原线圏的电感如何变化进行观察。 图6 (A)至图6 (D)是表示原线圏和次级线圈的相对位置关 系的例子的图。在图中，PA1表示原线圏Ll的中心点，PA2表示 次级线圏L2的中心点。在图6(A)中，由于两个线圈的位置远，所以相互间没有影 响，但如图6 (B)所示，当次级线圈(L2)靠近原线圈(Ll )时， 如在图5中的i兌明一^^，原线圈的电感开始增大。在图6(C)中， 不l又自感，而且两个线圏耦合互感(将一个线圈的》兹通量通过另一 个线圏的》兹通量相^t氐的作用)动作，而且，如图6 (D)所示，当 两个线圏的位置完全一致时，由于在次级线圈(L2)侧流动有电流， 所以由于基于互感的J兹通量的相4氐，漏》兹通量减小，线圏的电感减 少。即，通过进行位置调整从而次级侧设备开始工作，伴随该次级 侧设备开始工作，在次级线圈(L2)中流动有电流，由此，产生基 于互感的》兹通量的相4氐，4吏漏》兹通量减少，原线圈(Ll)的电感减 少。图7是表示原线圏和次级线圏的相对距离、和原线圈的电感的 关系的图。在图7中，4黄轴为相对距离，纵轴为电感。在这里，"相 对距离"是指"标准化两个线圏的中心的横向的偏移量的相对值"。 另外，相对距离是表示两个线圈在一黄向上偏移多少的指标之一，也 可以使用绝对距离(例如用毫米表示两个线圈的中心偏移多少的绝 对值)代替相对距离。在图7中，在相对距离为dl时，没有次级 线圈的影响，原线圈Ll的电感是原线圈自身的电感"a"。当次级 线圏L2靠近时(相对距离d2)，由于^兹体的影响^兹感应强度增大， 电感上升至"b"。当次级线圈L2进一步靠近时(相对距离d3),电感上升至"c"。 当次级线圈再进一步靠近时(相对距离d4),电感上升至"d"。处 于该状态下的线圈间产生耦合，然后，相互电感的影响成为主控。
即，在相只于3巨离为d5时，由于互感的影响成为主控，所以电 感下降变为"e"。在相对距离为0 (当原线圈和次级线圏的各中心 位于XY平面的中心时)时，由于f兹通量的相"^氐漏/磁通量变为最小， 电感收敛为固定^！(图7的"中心的电感")。在这里，相对距离"d2"为送电界限范围。这时，如果使用电 感阈值(INthl ),则可以才企测出次级线圏(L2)靠近至相对距离d2。 即，如4吏用第一电感阈<直(INthl)来才全测由于次级线圏(L2)的 靠近而l吏电感值上升，这表示次级线圈L2已靠近至可以送电范围 附近。另外，实际上使用与上述的电感阈值(INthl )对应的电压阈 值(第一阈值V1)来判定次级线圏的靠近。在本发明中，为了自动地4全测出这样的次级线圈(L2 )的靠近， 可以间歇地(例如周期i也)驱动原线圈(Ll )。由此，能够自动地 才企测出次级线圏(次级侧"i殳备)的靠近。当检测出次级线圏(L2)的靠近时，接着，执行利用谐波谐振 的次级线圏位置的检测动作。下面，具体地进行说明。(利用谐波谐4展的原线圏和次级线圈的相对位置关系的才企测 的原理)图8是用于说明在原线圈和次级线圏电磁耦合的变压器中的漏 电感的概念的图。图8的上侧示出靠近配置的线圈之间的磁通量的 情况，图8的下侧示出变压器的等效电^各。在图8中，原线圈(Ll)、次级线圏(L2)都是半径R的圆形 线圏。当由原线圏(Ll )产生的磁通量小A与次级线圈(L2)链 接(interlink)时，由于通过互感在次级线圏(L2 )中流动有相抵 　原线圏(Ll)的》兹通量那样的电流，所以,兹通量明显变为0。即， 理想上变压器的相互电感M为0。但是，实际上在原线圏(Ll)中存在有漏f兹通量(1)B,在次级 线圏(L2)中存在有漏,兹通量cbC。由于原级侧的漏,兹通量cj)B而 产生原级侧漏电感LQ，由于次级侧的漏石兹通量4)C而产生次级侧 漏电感LT。另外，虽然在理论上认为存在有理想的变压器，^旦与漏 电感的才莫型(model)没有关系，可以忽略不计。图9 (A)至图9(E)是用于说明谐波谐振电路的构成和动作 的图。如图9(A)所示，在次级线圈(L2)中连"f妄有谐波谐振用 的电容器C2。这时的变压器的等效电路为如图9 (B)所示。由于 为送电之前，所以次级侧的负载(RL)处于未连接状态。另外，如 上所述，由于相互电感实质上为0,所以可以忽略。另外，由于原 级侧的漏电感(LQ)和次级侧的漏电感(LT) ^皮串联J也连4妻，所 以合成两者的电感变为(LQ + LT)。因此，变压器的等岁文电3各可以 如图9(C)所示地变形。如图9(C)所示，虽然构成有SY1和SY2两个谐振电路，但 在这里忽略SYl,仅注目于SY2。另夕卜，原线圏(Ll)的驱动信号 (VD)的驱动频率(fd)的奇lt次谐波如图9(D)所示。在这里， 注目于5次谐波(5fd )(但是并不仅限于此，可以使用3次谐波或 7次谐波等)。在本实施例中，如图9(E)的下侧的7>式所示，i殳定电容器 C2的电容值，以使谐振电^各SY2的谐振频率fs与原线圈(Ll)的 驱动频率的5次谐波(5fd) —致。据此，谐振电路SY2成为与原 线圈的驱动频率的5次谐波进行谐振的谐波谐振电路。因此，图9 (C)的谐l展特性成为如图9(E)所示，在频率轴上的5fd的位置 上获得谐波谐振的峰值。
如上所^说明，漏电感是未链4妄的漏不兹通量产生出的电感，该漏》兹通量的量因原线圈(Ll)和次级线圏(L2)之间的相对位置关系 而不同。因此，例如在用图9说明的谐波谐振电路SY2中，如果以两个 线圈位置一致时的漏电感为前^是来i殳定电容器C2的电容，则该i皆 波谐才展电3各SY2成为在原线圈及次级线圏的位置一致时生成"i皆波 谐振的谐波谐振电路，如果以两个线圏位置偏离-见定距离R时的漏 电感为前提来设定电容器C2的电容，则该谐波谐振电路SY2成为 在原线圈(Ll )及次级线圈(L2)偏离规定距离R时生成谐波谐振 的谐波谐振电路。图10 ( A)、图10 (B)是用于对两个线圈偏离规定距离R时 生成谐振的谐波谐振电路进行说明的图。如图10 (A)所示，如果 以在两个线圏(Ll、 L2)的中心位置偏离距离R时的漏电感(cl)B 和4)C)为前提来设定电容器C2的电容，则该谐波谐振电路SY2 成为在原线圈(Ll )及次级线圈(L2)变为偏离规定距离R的位置 关系时生成谐波谐振的谐波谐振电路。即，如图10 (B)所示，在将偏离规定距离R时的漏电感^殳定 为LQ (R)、 LT (R)时，如果设定电容器C2的电容值以使满足图 10 (B)的下侧所示的7>式，则谐波谐振电^各SY2在原线圏(Ll) 及次级线圏(L2)变为偏离规定距离R的位置关系时生成谐波谐振。图ll(A)至图ll(D)是用于说明相对于次级线圈扫描(scan) 原线圈时的、获得谐波谐振峰值的位置的图。如图11 (A)所示， 将原线圏(Ll)的中心i殳定为PAl，并将次级线圈(L2)的中心i殳 定为PA2。
如图11 (A)所示，以从左侧向次级线圏(L2)直线状i也扫描 原线圈(LI )的情况为例。这时，如图11 (B)所示，当原线圈(Ll ) 靠近次级线圈(L2)且两个线圏的距离为R时，可以获得谐波"i皆4展 峰值，同样，如图11 (C)所示，在原线圏(Ll )远离次级线圈(L2) 时也生成谐波谐振峰值。在这里，当以设定与处在静止状态下的次级线圈(L2)交叉的 所有的轴，且在其轴上扫描原线圏(Ll)的情况为例时，如图11 (D)所示，谐振峰值在从次级线圈(L2)的中心点PA2偏离距离 R的圆周上的位置上获得。即，如果将获得谐波谐振峰值的位置设 定为W,则W与次级线圏(L2)的最外侧的圓一致。图12是表示在原线圏向次级线圏靠近时的原线圈的电感的变 化例、及从谐波检波电路获得的谐波电压的变化例的图。图12的 上侧所示的图与图7相同。如图12的下侧所示，基于i皆波枱r波电 3各25的谐波谐振峰值在两个线圏的相对位置偏离距离R (=相对 距离d5 )时获得。因此，能够通过与谐波峰值检测用的阈值电压(V2 ) 的比较，检测出其谐波峰值。另夕卜，如以上在图7中i兌明，当两个线圏的中心间的-巨离为L (=相对距离(12)时，能够通过因原线圈的电感上升而引起的线圏 端电压(线圈电流)的减少来^r测出次级线圈的靠近。与图12相 比显然R (生成谐波谐振峰值的距离)<L (靠近检测距离)。即， 利用靠近冲企测来4企测次级线圏进入到距离L的范围中，且利用谐波 4全波来片企测两个线圈成为3巨离R的4立置关系。另夕卜，如上所述，不排除R (生成谐波谐振峰值的距离)=0 的情况。即，如果当R = 0时(也就是两个线圈的位置一致时)生 成谐波谐振，则能够以其谐波峰值作为指标，使原线圏设备尝试错 误地移动并进4于两个线圈的位置调整，或者能够通过基于次级侧i殳 备的手动的移动来进4亍两个线圏的位置调整。另外，也可以通过其谐波峰值的有无而检测次级侧设备的设定或耳又下(leave )是实用的。图13 (A)、图13 (B)是用于对在两个线圏的位置一致时生 成谐振的谐波谐振电路进行说明的图。如图13 (A)所示，如果以 在两个线圏(Ll、 L2)的中心位置一致时的漏电感(4)B和小C) 为前提来设定电容器C2的电容，则该谐波谐振电路SY2成为在原 线圈(Ll )及次级线圈(L2)位置一致(符合)时生成谐波谐振的 谐波谐振电路。即，如图13 (B)所示，在当两个线圏的位置一致时的漏电感 作为LQ (0)、 LT (0)的情况下，如果设定电容器C2的电容值以 满足如图13 (B)的下侧所示的公式，则谐波谐振电路SY2在原线 圈(Ll)及次级线圏(L2) —致的位置关系时生成谐波谐振。(以谐波检波输出作为指标的原线圈的扫描)图14是用于说明将谐波谐振电路的检波输出作为指标并尝试 错误(反复尝试)地扫描原线圏并进行原线圈的定位的方法的图。 另外，在"使原线圈尝试错误地移动的方式"中包含有例如基于规 定的移动顺序(例如基于螺旋状地扫描顺序M吏原线圏移动的情况， 另夕卜，也包含4吏原线圈任意移动的情况。在这里，以螺旋状地扫描 原线圈的情况为例(<旦是并不<义限定于》匕，可以采用曲4斤(zigzag) 地扫描等各种的扫描形式)。如图14(A)所示，在XY载物台702上载置有包含原线圏(L1 ) 的送电装置IO。另外，在图中PA1表示原线圏的中心。当在送电控制装置20中包括的送电侧控制电路22通过上述的 靠近检测来检测次级侧设备的放置时，指示致动器控制电路37使
XY载物台702移动，如图14 (B)所示，对原线圏Ll进4亍螺;旋状 ;也扫描。即， 一点一点i也l吏原线圈移动以^f吏原线圈Ll的中心PA1 绘成螺旋状。与该原线圈的移动的同时通过比4交器CP2判定谐波 (高次谐波)检波电路25的输出电平是否超过阈值电压V2。在超 过阈值电压V2时送电控制电路22结束原线圈(Ll)的扫描。即，如果例如在次级侧形成的谐波谐振电3各(图9的SY2)在 两个线圏的^f立置一致时进^f亍"i皆才展，则原线圈(Ll )和次级线圈(L2) 的位置应该是一致的。即，进行相对于次级线圈(L2)的原线圈(L1 ) 的定位。这样，可以通过以谐波检波输出(高次谐波检波输出)作为指 标并扫描原线圈(Ll)， /人而进4亍原线圏(Ll)的自动的定4立。如 以图15扭ii舌以上的步驶《。图15是表示以谐波检波输出作为指标的原线圏的扫描的步骤 的流程图。如上所述，为了自动地检测次级侧设备的放置(次级线 圈的靠近)，送电侧控制电路22以驱动频率fd间歇地(例如周期地) 驱动原线圈(步骤S1)，通过注目由电感的上升而引起的线圈端电 压(线圏电流)的减小，乂人而4企测次级线圈的靠近(步骤S2)。当送电侧控制电路22通过上述的靠近检测^r测出次级侧设备 的放置时，指示致动器控制电路37使XY载物台702移动，例如 螺旋状地扫描原线圈(步骤S3)，伴随其扫描判定谐波检波输出的 电平是否超过规定的阈值(即、是否成为预期的位置关系)(步骤 S4)。而且，送电控制电路22在两个线圈变为想要的位置关系时， 停止原线圏的扫描(螺旋状扫描)。(XY载物台的构成例和动作)
接着，对XY载物台的构成例和动作进行说明。图16是表示 XY载物台的基本构成的立体图。如图16所示，XY载物台702包括一对导專九100、 X轴滑块 (slider) 200、以及Y轴滑块300。在这些中使用的材料诸如为铝、 铁、花岗岩(granite)以及陶瓷等。一对导轨100具有相互对置的导槽110,沿X轴方向延伸平行 地设置。 一对导轨IOO被固定在未图示的平台上。在一只于导專九100之间卡合有x轴滑块200。 x轴滑块200为矩 形平板状，其两端部分分别嵌入对置的导槽110中且卡合，沿导槽 110容i午X轴方向的移动，^f旦限制Y轴方向的活动。因此，X轴滑 块200能够沿一对导4九100沿X轴方向作往返运动。另夕卜，也可以将设置在导轨IOO上的导槽IIO设置在X轴滑块 200侧，在导轨100侧设置嵌入在X轴滑块200上设置的导槽的凸 条。导4九100和X轴滑块200之间的卡合部分只要是以3个面支撑 即可，无需限制导槽的形状。为了围住X轴滑块200而安装有Y轴滑块300。 Y轴滑块300 截面大致为字型，以使与矩形平板状的X轴滑块200的截面 形状一致。其大致"3"字型的Y轴滑块300的开口部分向内侧折 回。另夕卜，Y轴滑块300的上部也可以开口 ，甚至还可以为不全部 开口的截面大致"口"字型的滑块。由此，与导槽110卡合的X轴滑块200的宽度方向的两端部分 由Y轴滑块300支撑上面、侧面及下面三个面。而且，Y轴滑块 300通过安装在X轴滑块200上，从而相对于X轴滑块200，被限 制X轴方向的活动，当X轴滑块200在X轴方向上移动时，伴随
于此，在X轴方向上移动。此外，相对于X轴滑块200,可以容许 Y轴方向的活动，相对于X轴滑块200，可以在Y轴方向上移动。 X轴滑块200不仅进行滑动，还兼作对X轴滑块200使Y轴滑块 300在Y轴方向上移动的导向装置。此外，Y轴滑块300的上部成 为载入4吏XY轴活动的^"象的顶纟反(可动主面)。如图所示，在作为顶纟反的Y轴滑块300的主面上安装有包4舌原 线圏(圆形的巻线线圏)L1、及被IC化后的送电控制装置20的送 电装置10。此外，在图16的XY载物台702上，4吏用高津青度的直线电动 才几作为驱动源。另外，也可以-使用滚J朱螺杆结构来代替直线电动才几。使X轴滑块200移动的X轴直线电动机600设置在一对导轨 100之间。通过将安装在棒状的定子610上的X轴直线电动才几600 的可动元件620固定在X轴滑块200的下部，从而将X轴滑块200 i殳定为4主复自由a犬态。另外，Y轴滑块300通过Y轴直线电动4几700被往返驱动。在 X轴滑块200上设有凹部210，在其凹部210上收容有Y轴直线电 动才几700。通过这样，可以抑制载物台(stage)的高度。X轴直线电动机600及Y轴直线电动机700分另U相当于图2所 示的X方向致动器720及Y方向致动器730。在这样的XY载物台702上，通过安装有送电装置10来构成 送电侧装置(无触点输电系统的送电机构)704,其中，该送电装 置包含原线圈(圓形的巻绕线圏)Ll及被IC化后的送电控制装置 20。而且，如图1 (B)所示，送电侧装置704 3皮埋入在具有水平 的平面的构造物(例如案台等)的内部。由此，可以实现与第二代 的无触点输电系统对应的如下送电侧装置704:可以自动地移动原 线圏的XY平面上的位置，以^吏对应》丈置在4既略位置上的次级侧i殳 备(便携式终端等)的次级线圈位置。如上所述，本发明的送电控制装置20间歇:地驱动原线圈，并 不断地监^L是否产生因原线圈电感的上升而引起的线圈端电压(电 流)的减小。而且，如果检测出次级侧设备的靠近(是次级侧设备 载置在规定区域Z1内)，则由致动器控制电路37自动调整原线圏 位置。因此，自动地进行次级侧设备的靠近才企测及原线圈的4立置调 整， 一概不浪费用户的时间。但是，并不排除不进行靠近检测的情 况或通过手动调整原线圈位置的情况。(第二实施例)在本实施例中，在原级侧不设置使用致动器的原线圏的扫描机 构。两个线圏间的位置调整是用户通过手动〗吏次级侧i殳备移动而进 行的。下面，具体地进行说明。图17是表示送电装置的其它的构成(进行次级侧设备的靠近 检测及两个线圏的相对位置关系信息的通知的构成)的图。虽然图 17的主要构成与图4相同，但是在图17中与图4不同的是没有设 置致动器控制电路37，而设置显示控制部39代替致动器控制电路 37。即，图17的送电装置10(送电控制装置20)仅具有如下功負fe: 通过显示部16将基于i皆波4金波电^各25的谐波冲企波输出的两个线圏 的相对位置关系的^r测结果(相对位置关系信息)通知给用户。另 外，向用户的通知方法也可以由声音等通知。
图18 (A)、图18 (B)是表示使用具有图17的结构的送电装 置的无触点lt电系统的利用方式的一例的图。图18 (A)是系统i殳 备的立体图，图18 (B)是沿图18 (A)的系统i殳备的P-P'线的 截面图。如图18 (B)所示，送电装置10净皮内置在具有水平的平面的 构造物(在这里为系统设备)620内。即，送电装置10被设置在系 统设备620的内部所设立的凹部内。在系统设备620的上部i殳置有 平板(平坦材料例如是几毫米厚的丙烯板)600，该平板600通 过支撑部件610支撑。另外，在平板600上设置有显示部(LED )16，通过显示部(LED ) 16将基于谐波检波输出的两个线圈的相对位置关系的检测结果(相 对位置关系信息)通知给用户。例如当原线圏(L1 )和次级线圈(L2 ) 的位置符合(一致)时，显示部(LED) 16亮灯为红色，当不一致 时熄、灯。另外，在平^反600的一部分上，"i殳置有用于载置^更携式终端(包 含^f更携式电话才几终端、PDA终端及可移动计算4几终端)的^f更携式终 端载置区域Z1。如图18 (A)所示，设置在平板600上的便携式终 端载置区域Z1和其它的部分颜色不同，其为了使用户一目了然地 放置便携式终端的区域。另外，也可以不改变便携式终端载置区域 Zl的整体颜色，而是改变其区域Z1与其它的区域界限部分的颜色。在便携式终端(次级侧设备)510中内置有接受来自送电装置 10的4命电的受电装置40 (包含次级线圈)。当便携式终端510被放置在便携式终端载置区域Zl上的概略 位置时，内置在系统i殳备620中的送电装置10自动地才企测1更携式 终端510 ^皮;故置在i"更携式终端载置区域Zl上的4既略位置，由此，
送电装置10处于能够执行基于谐波检波输出的两个线圏的相对位置关系的检测及显示检测结果的状态。用户以手动仅:1更携式纟冬端510移动，并确^人显示部(LED) 16 是否亮灯。用户在显示部(LED) 16亮灯时，停止移动便携式终端 510。由ot匕，完成相乂于于原线圈(Ll)的次级线圏(L2)的4立置调 整。这样，在获得超过*见定电平的谐波才企波输出时，显示部(LED) 16亮灯为^L定的颜色，并用手动使次级侧i殳备即、1更携式终端510 尝试错"i吴地移动，#1寻显示部(LED) 16亮灯的位置，/人而相对于 原线圏(Ll)定^f立次《及线圈(L2)。然后，送电装置10开始用于送电的失见定的动作，如果开始车lr 电，则显示部(LED) 16例如亮灯为黄色，^!寻为送电中(充电中) 的信息通知给用户。在由显示部(LED)16向用户通知的方式中考虑有各种的变形。 例如也可以才艮据作为两个线圈的相对位置关系的4企测信号的谐波 检波输出的电平，进行多阶段的通知。例如当获得超过第一电平的 谐波才全波输出时，显示部(LED) 16亮灯为红色，当获得超过第一 电平的第二电平的谐波检波输出时，显示部(LED)16亮灯为绿色， 用户用手动使次级侧i殳备即、便携式终端510尝试4普误地移动，并 根据确认显示部(LED) 16有无亮灯及亮灯的颜色，从而可以更有 3改率i也相对于原线圈(Ll)定^f立次级线圏(L2)。即，如果红色亮灯，则知道次级线圏(L2)正在靠近原线圈(L1 ) 所处的位置，所以然后用户能够锁定探索(移动)范围，更加慎重 地移动次级侧设备H更携式终端)510。在本实施例中，能够通过 颜色的显示将次级侧设备(便携式终端)510合理地引导到定位位 置上。由此，易于相对于原线圏(Ll)定位次级线圏(L2)。另夕卜，也可以通过显示部(LED) 16的状态(亮灯、熄灭、亮 灯颜色等)，通知次级侧设备U更携式终端)510的》文置或取下 (leave )。(第三实施例)在上述的实施例中，虽然将谐波检波电路25和次级线圈的靠 近检测电路(28、 CP1 )作为用于调整原线圏(Ll )和次级线圈(L2) 之间的位置关系的方法进4亍了i兌明，zf旦如果改变看法，则这些电^各 也具有作为检测(判定)载置区(Zl)上的物品是否能够成为输电 对象的功能。即，通过谐波检测电路25能够检测出谐波表示放置在载置区 上的不是螺钉或钉子等，而是能够成为输电对象(至少有这种可能 性)的次级侧设备。即，谐波检测电路25也具有作为如下单元的 功能检测放置在载置区(Zl)上的物品是否是可以成为输电对象 的设备(是否为适当的次级侧设备的检测器)。同样，可以通过次级线圏的靠近冲企测电i^各(28、 CP1)才企观'J出 次级线圏的靠近表示可以成为输电对象的次级侧i殳备的靠近，关于 这点，靠近检测电路也具有作为如下单元的功能检测载置区(Z1) 上的设备是否是可以成为具有次级线圈的输电对象的次级侧设备 (是否为适当的次级侧设备的检测器)。即，根据本实施例，原级侧设备能够自主地(且在无触点输电 系统中以简单的构成毫不费力地有效利用应该具有的功能)进行检
测载置区上的物品是否是能够成为送电对象(次级侧设备的合格判 定)。如果能够通过原级侧单独地进行载置区上的物品是否是能够 成为输电对象的判定，则不担心向不能成为输电对象的物品进行不 必要的送电，并也能够获得防止无用的功库毛和发热的效果。在上述的例子中，虽然原级侧自主地4企测次级线圏位置等，但>是并不一定仅限定于此。例如也可以是以下情况次级侧设备将成 为 一些指标的信号发送给原级侧，原级侧i殳备4妄收到该信号进4亍次 级线圏位置的判定。另外，也可以存在次级侧设备发送自身ID信 息，原级侧设备接收该信息并识别次级侧设备为输电对象的情况。另夕卜，例如在图18 (A)、图18 (B)的构成中，也可以存在 以下情况显示部(通知部)16将载置区Zl上的物品是否是能够 成为输电对象的设备(例如具有符合标准的次级侧结构的次级侧设 备)通知给用户。例如当谐波检波电路的接收电平为恰当时，判定 为是可以送电的次级侧设备，诸如使绿灯亮灯。由此，用户能够知 道无触点#T电系统的利用净皮允"i午。(第四实施例)。在本实施例中，用透明材料(包含半透明材料)构成图1 (A) 所示的载置区域Z1。另外，也可以用不透明材料(或者光的反射率 与载置区域不同的材料)构成载置区以外的区i或。这时，用户由于在可以识别载置区域Zl的同时，观察到载置 区域Z1的下侧(内部)，所以容易直接或间接地掌握设置在载置区 i成Zl的下面的原线圈(Ll)的^f立置。
例如，也存在直接地视觉确认原线圈(Ll)的情况。或者，诸 如也存在原线圏(Ll )被覆盖在IC封装等中，但是在IC封装等上 标有表示线圏位置的标记的情况。这时，用户能够以该标记作为指 标，掌握原线圈(Ll)的位置。因此，如第二实施例，当用户亲自使次级侧设备的位置移动并 进行原线圈(Ll)和次级线圈(L2)的位置调整时，能够更容易地 进行位置调整，提高用户的便利性。以上，参照实施例对本发明进行了说明，但是，本发明并不限 于此，可以有各种各样的变形及应用。即，只要在没有脱离本发明 主旨的范围可以有很多的变形，这对本行业的技术人员来说是显而 易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。例 如，在"i兑明书或附图中，至少有一次与更广义或同义不同术i吾H氐 电位侧电源、电子设备等)同时记载的术语(GND、便携式电话机 等)，在i兌明书或附图的4壬4可;也方可以4灸成广义和同义不同的术 语。另外，作为线圏也包含通过安装入半导体基^反的配线而形成的范围之内。另外，送电控制装置、送电装置、受电控制装置、受电装置的 构成及动作、和在原级侧的次级侧的负载4企测的方法也并不限定在 本实施例中进行说明的这些内容，可以进行各种各样的变形。例如，根据本发明的至少一个的实施例，例如，可以获得如下 的效果。但是以下的效果未必同时获得，以下列举的效果不^皮作为 对本发明进行不当地限定的依据。
(1) 送电装置(原级侧设备)能够主动地高精度地4企测出送 电装置(原级侧设备)和受电装置(次级侧设备)之间的相对位置 关系。(2) 实现利用原线圏的驱动频率的奇数次谐波的谐振的、新 的两个线圈的相对位置关系的^r测方法。(3) 通过调整设置在次级侧的谐波谐振电路的电路参数，能 够自如地检测出两个线圈的规定关系( 一致、偏离规定距离R等)。(4) 以基于谐波检波输出的位置检测结果为指标，通过使用 致动器和XY载物台来自动;也扫描原线圈，乂人而可以实J见线圏间的白动地定位。(5) 以基于谐波;险波输出的位置^r测结果为指标，用户也可 以使次级侧设备尝试错误地移动从而进行定位。(6 )也可以根据谐波检波输出来检测出向次级侧设备的规定 区i或的》文置牙n取下(leave )。(7 )通过组合在原级侧自动地检测带磁体的次级线圈的靠近 的技术、和基于致动器的原线圈的自动定位技术，从而实现定位操 作的全自动4匕。(8) 由于不影响次级侧设备的大小、形状及设备i殳计等，且 可实现正常的车lr电，所以进一步4是高无触点l命电系统的通用性。(9) 由于次级侧"i殳备的设计的随意度没有^f壬何限制，所以不 产生次级侧设备的制造商的负担。(10) 由于不用特别的电路(位置4企测元件等)，而是活用无触点flr电系统具有的电^各构成来才企测线圏间的相只^H立置关系，所以 结构不复杂化。(11) 例如在具有水平面的平面的构造物(例如案台)的A见定 区域上载置有i"更携式终端等，,人而可以自动地调整原线圏的位置并 进行充电等，或者也可以手动地使便携式终端等移动而进行定位， 因此，能够实现极高的通用性及便利性的次世代(第二代)的无触 点l釙电系统。(12) 如果使用谐波检波电路和次级线圏的靠近检测电路，则 能够检测载置区域上的物品是否是能够成为具有次级线圈的送电对象的次级侧i殳备，并能够通过通知单元将该;险测结果通知乡合用户。本发明发挥了如下效果提供了通用性及便利性进一步提高的 次世代无触点输电系统，因此，尤其作为送电控制装置(送电控制 IC)、送电装置(IC模块等)、及无触点输电系统等是非常有用的。附图才示i己i兌明Ll 原线圈 L2 次级线圈10 送电装置 12 送电部14 波形监一见电路 16 显示吾卩20 送电控制装置 22 送电侧控制电路23 驱动时钟月永冲生成电^各 24 寺展荡电^各 27 滤波电^各29 混频器37 致动器控制电3各42 受电部46 负载调制部50 受电控制装置56 位置^r测电路60 频率^企测电^各90 次级侧i殳备的负载94 蓄电;也(次纟及电池)704 送电侧装置(原级侧构造体)710 致动器驱动器26 驱动器控制电路28 波形4企测电路31 检波电路40 43受电装置 整流电路48 供电4空制部52 受电侧控制装置58 振荡电路62 充满电4全测电路92 充电控制装置702 XY载物台720 X方向f丈动is730 Y方向5丈动
权利要求
1. 一种送电控制装置，被设置在无触点输电系统中的送电装置中，其中，所述无触点输电系统从所述送电装置经由电磁耦合的原线圈及次级线圈以无触点的方式向受电装置传输电力，所述送电控制装置的特征在于，包括送电侧控制电路，用于控制向所述受电装置的送电；以及谐波检波电路，用于检测所述原线圈的驱动频率的谐波信号。
2. 才艮据权利要求1所述的送电控制装置，其特征在于，在所述受电装置侧形成有与所述原线圈的驱动频率的谐 波进4亍谐，展的谐振电^各，所述谐波4企波电鴻4企测基于所述谐4展电路的所述谐波的 谐振信号。
3. 才艮据权利要求1所述的送电控制装置，其特征在于，所述受电装置包括与所述次级线圈连"t妄的电容器，当所述原线圏的中心和所述次级线圏的中心一至丈且电石兹 耦合时，由漏电感及所迷电容器构成与所述原线圈的驱动频率 的谐波进行谐振的谐振电路，所述谐波4全波电路作为用于4全测所述原线圈的位置和所 述次级线圏的位置一致的位置冲企测电路进4亍工作。
4. 根据权利要求1所述的送电控制装置，其特征在于，所述受电装置包括与所述次级线圏连接的电容器，当所述原线圈的中心和所述次级线圈的中心偏离规定距 离且电磁耦合时，由漏电感及所述电容器构成与所述原线圏的 驱动频率的谐波进行谐振的谐振电路，所述谐波检波电路作为用于检测所述原线圈的位置和所 述次级线圈的位置偏离规定距离的位置才企测电路进4亍工作。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的送电控制装置，其特征在 于，所述送电控制装置还包括致动器控制电路，控制用于使所述原线圏在XY平面上的 位置移动的致动器的动作，将所述i皆波才企波电^各的#r波llr出作为指标，并通过所述 致动器控制电路驱动所述致动器，从而尝试错误地移动所述原 线圈，据此进4亍所述原线圈相对于所述次级线圈的定位。
6. 根据权利要求1至4中任一项所述的送电控制装置，其特征在 于，所述送电控制装置还包括靠近才企测电^各，才艮据所述原线圈的线圈端电压或线圏电 流来才企测次级线圏的靠近。
7. 才艮据权利要求6所述的送电控制装置，其特征在于，所述次级线圏是带f兹体的次级线圈，所述靠近4企测电路通过检测出以伴随所述带石兹体的次级 线圈的靠近而引起的所述原线圏的电感增大为起因的、以规定频率马区动所述原线圈时的线圈端电压或线圈电;庇的减少，乂人而 才全测出所述次级线圏的靠近。
8. 根据权利要求6或7所述的送电控制装置，其特征在于，所述送电侧控制电路为了检测所述次级线圈的靠近，以 所述^L定频率间歇地驱动所述原线圏。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的送电控制装置，其特征在 于，所述送电控制装置还包括通知部，所述通知部通知基于所述i皆波;险波电^各的4佥波 输出的、所述原线圈和所述次级线圈之间的相对位置关系的检 测结果。
10. —种送电装置，其特4i在于，包4舌根据权利要求1至9中任一项所述的送电控制装置；以及所述原线圏。
11. 一种无触点^T电系统，其特4i在于，包"fe:根据权利要求10所述的送电装置；以及所述受电装置，包括与所述原线圈的驱动频率的谐波进 行谐振的谐振电路。
12. —种次级线圏定4立方法，所述次级线圈定4立方法是无触点|餘电 系统中的次级线圏定位方法，其中，所述无触点输电系统在从 送电装置经由电磁耦合的原线圈及次级线圏以无触点方式向 受电装置传输电力，并在所述次级线圏上连接有电容器，在所述原线圏的中心和所述次级线圏的中心一致且电f兹耦合时，通 过漏电感和所述电容器构成与所述原线圈的驱动频率的谐波 进行谐振的谐振电路，所述次级线圏定位方法的特征在于，在所述送电装置中设置谐波冲企波电路和通知部，所述谐 波检波电路用于斥企测设置在所述送电装置中的所述原线圈的 驱动频率的谐波信号，所述通知部通知基于所述谐波检波电路 的检波输出的、所述原线圈和所述次级线圏之间的相对位置检 测结果，通过以基于所述通知部的通知信息作为指标-使所述受电 装置的位置移动，从而相对于所述原线圈定位所述次级线圈。
全文摘要
本发明公开了送电控制装置、送电装置、无触点输电系统以及次级线圈定位方法，其中，送电装置(原级侧设备)可以自动地高精度地检测出送电装置(原级侧设备)和受电装置(次级侧设备)之间的相对位置关系。送电控制装置(20)包括送电侧控制电路(22)，控制向受电装置(40)的送电；谐波检波电路(25)，检测原线圈的驱动频率的谐波信号。在受电装置(40)侧形成有与原线圈L1的驱动频率的谐波进行谐振的谐振电路(漏电感和电容器C2)，据此生成谐波谐振。
文档编号H02J17/00GK101399464SQ200810161400
公开日2009年4月1日 申请日期2008年9月25日 优先权日2007年9月26日
发明者神干基 申请人:精工爱普生株式会社