JP2012175806A - 非接触式給電装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】非接触式給電装置1には、1次側コイル31を含む送電装置10と、2次側コイル41を含む受電装置20とが設けられている。そして、1次側コイル31Aに供給される電流の位相と1次側コイル31Bおよび1次側コイル31Dに供給される電流の位相とが互いに異なる。
【選択図】図1
Description
この種の非接触式給電装置においては、送電装置から受電装置に電力を伝送するとき、1次側コイルA1および1次側コイルA2のそれぞれに電流が供給される。そして、各コイルで発生した交番磁束が対応する2次側コイルと鎖交することにより、同コイルにおいて誘導電流が発生する。
・本発明の非接触式給電装置においては、複数の1次側コイルとしての1次側コイルA1および1次側コイルA2を含む送電装置と、複数の2次側コイルとしての2次側コイルB1および2次側コイルB2を含む受電装置とが設けられていること、ならびに、前記1次側コイルA1および前記1次側コイルA2の少なくとも一方への電力の供給により交番磁束が発生することを条件し、前記1次側コイルA1に供給される電流の位相と前記1次側コイルA2に供給される電流の位相とが互いに異なることを特徴としている。
・この非接触式給電装置においては、前記第1位相差および前記第3位相差が「90°」よりも大きくかつ「270°」よりも小さいことが好ましい。
・この非接触式給電装置においては前記第2位相差が「0°」であることが好ましい。
・この非接触式給電装置においては、前記受電装置から前記送電装置に送信される信号に応じて前記複数の1次側コイルの使用形態が変更されることが好ましい。
非接触式給電装置1には、2次電池22を有する受電装置20と、受電装置20に送電装置10とが設けられている。受電装置20としては、デジタルビデオカメラ、携帯ゲーム機、およびノートパソコン等が用いられる。
・各1次側コイル31の内径は、各2次側コイル41の内径よりも大きい。
・各1次側コイル31の外径は、各2次側コイル41の外径よりも大きい。
・各1次側コイル31のターン数は、各2次側コイル41のターン数よりも大きい。
ここで、各1次側コイル31の中心線を次のように定義する。
(a)第11コイル31Aの中心線を「第11中心線C11」とする。
(b)第12コイル31Bの中心線を「第12中心線C12」とする。
(c)第13コイル31Cの中心線を「第13中心線C13」とする。
(d)第14コイル31Dの中心線を「第14中心線C14」とする。
(a)第21コイル41Aの中心線を「第21中心線C21」とする。
(b)第22コイル41Bの中心線を「第22中心線C22」とする。
(c)第23コイル41Cの中心線を「第23中心線C23」とする。
(d)第24コイル41Dの中心線を「第24中心線C24」とする。
(a)中心線C11〜C14に直交する平面を「第1基準面」とする。
(b)中心線C21〜C24に直交する平面を「第2基準面」とする。
各1次側コイル31は、第11中心線C11、第12中心線C12、第13中心線C13、および第14中心線C14が平行するように配置されている。また、第1基準面上において、第11中心線C11、第12中心線C12、第13中心線C13、および第14中心線C14がそれぞれ正方形の頂点を形成するように配置されている。
(a)第11中心線C11と第12中心線C12とを結ぶ線分を辺HAとする。
(b)第12中心線C12と第13中心線C13とを結ぶ線分を辺HBとする。
(c)第13中心線C13と第14中心線C14とを結ぶ線分を辺HCとする。
(d)第14中心線C14と第11中心線C11とを結ぶ線分を辺HDとする。
各2次側コイル41は、第21中心線C21、第22中心線C22、第23中心線C23、および第24中心線C24が平行するように配置されている。また、第2基準面上において、第21中心線C21、第22中心線C22、第23中心線C23、および第24中心線C24がそれぞれ正方形の頂点を形成するように配置されている。
(a)第21中心線C21と第22中心線C22とを結ぶ線分を辺SAとする。
(b)第22中心線C22と第23中心線C23とを結ぶ線分を辺SBとする。
(c)第23中心線C23と第24中心線C24とを結ぶ線分を辺SCとする。
(d)第24中心線C24と第21中心線C21とを結ぶ線分を辺SDとする。
各1次側コイル31間の距離について以下のように定義する。
(a)第11コイル31Aと第12コイル31Bとの距離を「コイル間距離LA」とする。このコイル間距離LAは、第1基準面においての第11中心線C11と第12中心線C12との距離に相当する。
(a)第21コイル41Aと第22コイル41Bとの距離を「コイル間距離LD」とする。このコイル間距離LDは、第2基準面においての第21中心線C21と第22中心線C22との距離に相当する。
非接触式給電装置1には、交番電力を生成する1次側回路50と、交番電力を直流電力に変換する2次側回路60とが設けられている。1次側回路50は、送電装置10に設けられている。2次側回路60は、受電装置20に設けられている。
1次側回路50には、商用電源ACの交流電流を直流電流に変換する電源回路53と、各1次側コイル31に対応する4つの送電回路51と、各1次側コイル31への通電制御等を行う送電制御部54とが設けられている。
2次側回路60には、各送電回路51に対応する4つの受電回路61と、2次電池22の充電状態を検知する受電制御部63とが設けられている。
送電制御部54は、各第1抵抗R1を介して制御電圧を各スイッチング素子TRに印加し、各スイッチング素子TRのオンおよびオフを切り替える。これにより、各1次側コイル31のそれぞれに交番電力が誘起されるため、各1次側コイル31のそれぞれに高周波の交番磁束が発生する。
(a)第11コイル31Aのスイッチング素子TRおよび第13コイル31Cのスイッチング素子TRのオンおよびオフを同じ位相で切り替える。これにより、第11コイル31Aの電流および第13コイル31Cの電流が同じ位相で変化する。
(a)第11コイル31Aに供給される電流の位相と第12コイル31Bに供給される電流の位相との差を「第1位相差FD1」とする。
(b)第12コイル31Bに供給される電流の位相と第13コイル31Cに供給される電流の位相との差を「第2位相差FD2」とする。
(c)第11コイル31Aに供給される電流の位相と第14コイル31Dに供給される電流の位相との差を「第3位相差FD3」とする。
(d)第12コイル31Bに供給される電流の位相と第13コイル31Cに供給される電流の位相との差を「第4位相差FD4」とする。
(e)第12コイル31Bに供給される電流の位相と第14コイル31Dに供給される電流の位相との差を「第5位相差FD5」とする。
(f)第13コイル31Cに供給される電流の位相と第14コイル31Dに供給される電流の位相との差を「第6位相差FD6」とする。
(a)第1位相差FD1は「180°」に設定されている。
(b)第2位相差FD2は「0°」に設定されている。
(c)第3位相差FD3は「180°」に設定されている。
(d)第4位相差FD4は「180°」に設定されている。
(e)第5位相差FD5は「0°」に設定されている。
(f)第6位相差FD6は「180°」に設定されている。
(条件11):第1位相差FD1を「0°」に設定する。
(条件12):第1位相差FD1を「30°」に設定する。
(条件13):第1位相差FD1を「60°」に設定する。
(条件14):第1位相差FD1を「90°」に設定する。
(条件15):第1位相差FD1を「120°」に設定する。
(条件16):第1位相差FD1を「150°」に設定する。
(条件17):第1位相差FD1を「180°」に設定する。
(条件21):第11コイル31Aのみに対して電流を供給することにより送電装置10から受電装置20への電力の伝送を行なう。
(条件22):本実施形態の非接触式給電装置1に対して次の変更を加えた装置を用いて送電装置10から受電装置20への電力の伝送を行なう。すなわち、第12コイル31B〜第14コイル31D、および第22コイル41B〜第24コイル41Dを省略し、第11コイル31Aおよび第21コイル41Aのみを用いて電力の伝送を行なう。
(結果1):(条件11)〜(条件17)のうち(条件17)において電力の伝送効率が最大となる。
(結果2):(条件11)〜(条件17)のうち(条件11)において電力の伝送効率が最小となる。
(結果3):(条件12)〜(条件16)においては第1位相差FD1が大きくなるにつれて電力の伝送効率が増大する。
(結果4):(条件11)〜(条件14)の電力の伝送効率は、(条件21)の電力の伝送効率よりも低い。
(結果5):(条件15)〜(条件17)の電力の伝送効率は、(条件21)の電力の伝送効率よりも高い。
(結果6):(条件11)の電力の伝送効率は、(条件22)の電力の伝送効率よりも低い。
(結果7):(条件12)〜(条件17)の電力の伝送効率は、(条件22)の電力の伝送効率よりも高い。
ここでは、(条件11)が設定された非接触式給電装置、すなわち第1位相差FD1が「0°」に設定された非接触式給電装置(以下、「比較給電装置」)との対比に基づいて理由の説明を行なう。なお、以下に説明する理由は、試験結果をもとに本願発明者が予測したものであり、実際に生じている現象とは異なる可能性もある。
送電制御部54は、図1の送電装置10のハウジング11に受電装置20が載せられているか否かを判定するための「認証制御」と、受電装置20から送信される電池情報に基づいて各1次側コイル31の使用形態(以下、「コイル使用形態」)を変更する「コイル選択制御」とを行う。
(a)第1使用形態では、第11コイル31Aに通電する。
(b)第2使用形態では、第11コイル31Aと第12コイル31Bとに通電する。
(c)第3使用形態では、第11コイル31A〜第13コイル31Cに通電する。
(d)第4使用形態では、第11コイル31A〜第14コイル31Dに通電する。
(a)電池情報VAは、2次電池22が第1使用形態での充電に適していることを示す。
(b)電池情報VBは、2次電池22が第2使用形態での充電に適していることを示す。
(c)電池情報VCは、2次電池22が第3使用形態での充電に適していることを示す。
(d)電池情報VDは、2次電池22が第4使用形態での充電に適していることを示す。
(a)第1充電状態では、充電量が「0%」から第1閾値X1までに含まれる。
(b)第2充電状態では、充電量が第1閾値X1から第2閾値X2までに含まれる。
(c)第3充電状態では、充電量が第2閾値X2から第3閾値X3までに含まれる。
(d)第4充電状態では、充電量が第3閾値X3から満充電未満までに含まれる。
(a)充電情報CAは、充電状態が第1充電状態であることを示す。
(b)充電情報CBは、充電状態が第2充電状態であることを示す。
(c)充電情報CCは、充電状態が第3充電状態であることを示す。
(d)充電情報CDは、充電状態が第4充電状態であることを示す。
送電制御部54は、図1の1次側コイルモジュール30から受電装置20に応答要求信号KAを送信するための制御を所定時間毎に繰り返して行う。応答要求信号KAの送信には、各1次側コイル31のうちの少なくとも1つが用いられる。
送電制御部54は、受電装置20から電池情報信号KCを受信したとき、この電池情報信号KCに含まれる電池情報の内容を確認する。そして、確認した電池情報の内容に応じて複数のコイル使用形態の中から1つの使用形態を選択する。
受電制御部63は、2次側回路60で生成された直流電流の電流値(以下、「充電電流値AX」)が2次電池22の充電に適した範囲内の大きさか否かを判定する。そして、充電電流値AXが充電に適していない旨の判定をしたとき、2次側コイルモジュール40から出力要求信号KRを送信するための制御を行う。なお、出力要求信号KRには、充電電流値AXの情報が含まれている。
受電制御部63は、応答要求信号KAを送電装置10から受信したとき、および2次電池22の充電状態が変化したとき、充電情報を含む充電情報信号KDを送電装置10に送信する。
受電制御部63は、2次電池22の充電状態が満充電状態のとき、2次側コイルモジュール40から充電停止信号KSを送信するための制御を行う。充電停止信号KSは、2次電池22の充電を終了する要求を示す信号として送信される。
(A)ステップS101において肯定判定したとき、すなわち受電装置20から取得した電池情報が電池情報VAの旨判定したとき、ステップS114においてコイル使用形態として第1使用形態を選択する。
(A)ステップS201において肯定判定したとき、すなわち受電装置20から取得した充電情報が充電情報CAの旨判定したとき、ステップS214においてコイル使用形態として第4使用形態を選択する。
本実施形態の非接触式給電装置1によれば以下の効果が得られる。
(1)非接触式給電装置1においては、第11コイル31Aに供給される電流の位相と、同コイル31Aに隣り合う第12コイル31Bおよび第14コイル31Dに供給される電流の位相とが互いに異なる。
本発明の実施態様は、上記実施形態の内容に限定されるものではなく、例えば以下のように変更することもできる。また、以下の変形例は上記実施形態についてのみ適用されるものではなく、異なる変形例同士を互いに組み合わせて実施することもできる。
(A)第1位相差を「0°」より大きくかつ「180°」より小さい範囲で設定する。
(B)第2位相差を「0°」より大きくかつ「180°」以下の範囲で設定する。
(C)第3位相差を「0°」より大きくかつ「180°」より小さい範囲で設定する。
(D)第4位相差を「0°」より大きくかつ「180°」以下の範囲で設定する。
(E)第5位相差を「0°」より大きくかつ「180°」より小さい範囲で設定する。
(F)第6位相差を「0°」より大きくかつ「180°」より小さい範囲で設定する。
(A)第1または第3位相差を最も大きくする。
(B)第1または第3位相差を最も小さくする。
(C)第1および第3位相差を第5および第6位相差よりも大きくする。
(D)第1および第3位相差を第5および第6位相差よりも小さくする。
(E)上記(C)において第1位相差を第3位相差よりも大きくする。
(F)上記(C)において第1位相差を第3位相差よりも小さくする。
(G)上記(D)において第1位相差を第3位相差よりも大きくする。
(H)上記(D)において第1位相差を第3位相差よりも小さくする。
・上記図9の変形例において、各磁性シート90の少なくとも2つを互いに接続して1枚の磁性シートを形成することもできる。
(A)第1または第3外径を最も大きくする。
(B)第1または第3外径を最も小さくする。
(C)第1および第3外径を第2および第4外径よりも大きくする。
(D)第1および第3外径を第2および第4外径よりも小さくする。
(E)上記(C)において第1外径を第3外径よりも大きくする。
(F)上記(C)において第1外径を第3外径よりも小さくする。
(G)上記(D)において第1外径を第3外径よりも大きくする。
(H)上記(D)において第1外径を第3外径よりも小さくする。
(A)第1または第3ターン数を最も大きくする。
(B)第1または第3ターン数を最も小さくする。
(C)第1および第3ターン数を第2および第4ターン数よりも大きくする。
(D)第1および第3ターン数を第2および第4ターン数よりも小さくする。
(E)上記(C)において第1ターン数を第3ターン数よりも大きくする。
(F)上記(C)において第1ターン数を第3ターン数よりも小さくする。
(G)上記(D)において第1ターン数を第3ターン数よりも大きくする。
(H)上記(D)において第1ターン数を第3ターン数よりも小さくする。
(A)2つの1次側コイル31を設ける。
(B)3つの1次側コイル31を設ける。
(C)5つ以上の1次側コイル31を設ける。
・上記実施形態において、スマートフォン、携帯情報端末、ポータブルオーディオプレーヤー、ICレコーダー、デジタルカメラ、電動歯ブラシ、およびシェーバーの少なくとも1つを受電装置として用いるとともに、同受電装置を搭載することができるように送電装置を構成することもできる。
Claims (13)
- 複数の1次側コイルとしての1次側コイルA1および1次側コイルA2を含む送電装置と、複数の2次側コイルとしての2次側コイルB1および2次側コイルB2を含む受電装置とが設けられていること、ならびに、前記1次側コイルA1および前記1次側コイルA2の少なくとも一方への電力の供給により交番磁束が発生することを条件とする非接触式給電装置において、
前記1次側コイルA1に供給される電流の位相と前記1次側コイルA2に供給される電流の位相とが互いに異なること
を特徴とする非接触式給電装置。 - 請求項1に記載の非接触式給電装置において、
前記1次側コイルA1に供給される電流の位相と前記1次側コイルA2に供給される電流の位相との差が「90°」よりも大きくかつ「270°」よりも小さいこと
を特徴とする非接触式給電装置。 - 請求項2に記載の非接触式給電装置において、
前記1次側コイルA1に供給される電流の位相と前記1次側コイルA2に供給される電流の位相との差が「180°」であること
を特徴とする非接触式給電装置。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の非接触式給電装置において、
前記複数の1次側コイルとして、前記1次側コイルA1および前記1次側コイルA2に加えて1次側コイルA3が前記送電装置に設けられていること、
前記1次側コイルA1と前記1次側コイルA2との距離をコイル間距離LAとし、前記1次側コイルA2と前記1次側コイルA3との距離をコイル間距離LBとして、前記コイル間距離LAが前記コイル間距離LBよりも小さいこと、
ならびに、前記1次側コイルA1に供給される電流の位相と前記1次側コイルA2に供給される電流の位相との差を第1位相差とし、前記1次側コイルA1に供給される電流の位相と前記1次側コイルA3に供給される電流の位相との差を第2位相差としたとき、前記第1位相差が前記第2位相差よりも大きいこと
を特徴とする非接触式給電装置。 - 請求項4に記載の非接触式給電装置において、
前記複数の1次側コイルとして、前記1次側コイルA1、および前記1次側コイルA2、および前記1次側コイルA3に加えて1次側コイルA4が前記送電装置に設けられていること、
前記複数の1次側コイルの径の大きさが互いに同じであること、
前記1次側コイルA1の中心線を第1中心線とし、前記1次側コイルA2の中心線を第2中心線とし、前記1次側コイルA3の中心線を第3中心線とし、前記1次側コイルA4の中心線を第4中心線として、前記第1中心線、前記第2中心線、前記第3中心線、および前記第4中心線が互いに平行するように前記複数の1次側コイルのそれぞれが配置されていること、
前記複数の1次側コイルの中心線に直交する平面を基準面として、この基準面において前記第1中心線、前記第2中心線、前記第3中心線、および前記第4中心線がそれぞれ正方形の頂点を形成すること、
前記正方形において前記第1中心線と前記第3中心線とが対角線上に位置すること、
ならびに、前記1次側コイルA1に供給される電流の位相と前記1次側コイルA4に供給される電流の位相との差を第3位相差としたとき、前記第1位相差および前記第3位相差が前記第2位相差よりも大きいこと
を特徴とする非接触式給電装置。 - 請求項5に記載の非接触式給電装置において、
前記第1位相差および前記第3位相差が互いに同じ大きさであること
を特徴とする非接触式給電装置。 - 請求項5または6に記載の非接触式給電装置において、
前記第1位相差および前記第3位相差が「90°」よりも大きくかつ「270°」よりも小さいこと
を特徴とする非接触式給電装置。 - 請求項7に記載の非接触式給電装置において、
前記第1位相差および前記第3位相差が「180°」であること
を特徴とする非接触式給電装置。 - 請求項4〜8のいずれか一項に記載の非接触式給電装置において、
前記第2位相差が「0°」であること
を特徴とする非接触式給電装置。 - 請求項1〜9のいずれか一項に記載の非接触式給電装置において、
前記複数の1次側コイルのそれぞれに磁性体が設けられること、
ならびに、前記複数の1次側コイルの磁性体が互いに独立していること
を特徴とする非接触式給電装置。 - 請求項1〜9のいずれか一項に記載の非接触式給電装置において、
前記複数の1次側コイルのうちの少なくとも2つを覆う磁性体が設けられていること
を特徴とする非接触式給電装置。 - 請求項1〜11のいずれか一項に記載の非接触式給電装置において、
前記受電装置から前記送電装置に送信される信号に応じて前記複数の1次側コイルの使用形態が変更されること
を特徴とする非接触式給電装置。 - 請求項1〜12のいずれか一項に記載の非接触式給電装置において、
前記受電装置の充電状態に応じて前記複数の1次側コイルの使用形態が変更されること
を特徴とする非接触式給電装置。
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