JP2013143887A - 非接触送電装置及び非接触電力伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】 通信回路にかかる過電圧を低減し、通信回路の素子を保護する非接触送電装置及び非接触電力伝送システムを提供すること。
【解決手段】 外部装置と非接触によって電力伝送および通信を行う非接触送電装置であって、外部装置に電力伝送を行う電力伝送部１と、そのアンテナの電力伝送コイル２と、外部装置と通信を行う通信処理部３と、そのアンテナの通信コイル４と、電力伝送部１および通信処理部３を制御する制御部５と、電源６とを有している。通信処理部３は通信回路部７と、過電圧保護部８と、通信共振部９を有している。制御部５は通信回路部７を介して過電圧保護部８に接続し、過電圧保護部８は通信共振部９を介して通信コイル４に接続している。電力伝送時に通信処理部にかかる電圧を、過電圧保護部８で低減させることで、通信回路部７を過電圧から保護する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、携帯端末などの携帯電子機器への電力伝送とデータ通信を行う、非接触電力伝送システムに関する。

近年、電子部品の小型化に伴い、携帯電話や携帯型音楽プレーヤ等に代表される携帯電子機器は、小型化や軽量化が図られ、広く普及している。更に近年、携帯電子機器は多機能化および高速処理化が図られ、それに伴い携帯電子機器が必要とする電力量が増加傾向にある。一般的な携帯電子機器は内蔵した二次電池に充電した電力により駆動しており、二次電池の電力が不足する度に二次電池を充電する構成のものが多い。

最近では、電磁誘導や磁気共鳴の原理を利用し、金属接点がなくても電力電送を可能にする非接触電力伝送技術を用いた非接触電力伝送装置の需要が高まっている。非接触電力伝送技術は、電気的接点を必要としないため、感電や短絡の危険性がないことに加えて、接点不良がないことや耐久性に優れるといった特徴を有している。

非接触電力伝送装置は誤動作等の防止や優れた電力伝送効率を得るために、受電装置の認証情報や充電容量などの制御情報を送電装置側と受電装置側で通信する必要がある。そのため、一般的には、送電装置と受電装置間で認証情報や制御情報等の情報通信を行い、送電装置側で受電装置が適合機器であるか、受電装置が動作可能な状態にあるか等の確認を行った後に、電力伝送を行っている。

このような処理を行う従来の構成としては、例えば特許文献１に開示されている。

特開２０１１−１８２０１２号公報

しかしながら、従来の構成の場合、電力伝送時に送電コイルに大きな磁界が発生し、通信コイルの両端に電磁誘導による誘起電圧が生じる。この誘起電圧が通信回路の定格電圧値より大きい場合は、通信回路の半導体に過電圧が加わる可能性があるという課題があった。

そこで、本発明は通信回路にかかる過電圧を低減し、通信回路の素子を保護する非接触送電装置及び非接触電力伝送システムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明による非接触送電装置は、外部装置と非接触による電力伝送および通信を行う非接触送電装置であって、前記非接触送電装置は前記外部装置と前記通信を行う通信処理部と、前記外部装置と前記電力伝送を行う電力伝送部と、前記通信処理部および前記電力伝送部を制御する制御部とを少なくとも有し、前記通信処理部はさらに通信共振部と、過電圧保護部と、通信回路部とを備え、前記制御部は前記電力伝送部および前記通信回路部に接続し、前記通信回路部は前記過電圧保護部を介して前記通信共振部に接続しており、前記電力伝送時にかかる電圧を前記過電圧保護部で低減させることを特徴とする。

また、本発明による非接触送電装置は、前記過電圧保護部は導電接続することによって電圧を低減させることを特徴とする。

また、本発明による非接触送電装置は、前記通信共振部はさらに送信端子とＧＮＤ端子と半導体スイッチを少なくとも有し、前記過電圧保護部は前記通信共振部の前記送信端子と前記ＧＮＤ端子を前記半導体スイッチにより導電接続することで、前記通信回路の素子にかかる電圧を低減させることを特徴とする。

また、本発明による非接触電力伝送システムは、上記の非接触送電装置と、前記非接触送電装置からの電力の受電および通信が可能な前記外部装置と、を備えたことを特徴とする。

上記の構成により、本発明は通信回路にかかる過電圧を低減し、通信回路の素子を保護する非接触送電装置及び非接触電力伝送システムが得られる。

本発明の第１の実施の形態による非接触送電装置の構成を示すブロック図である。 本発明の過電圧保護部の第１の例を示すブロック図である。 本発明の過電圧保護部の第２の例を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態による非接触送電装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施の形態による非接触送電装置の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態による非接触送電装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本発明の非接触送電装置は、外部装置である非接触受電装置に電力伝送を行う電力伝送部１と、電力伝送部１に接続された電力伝送コイル２と、非接触受電装置と通信を行う通信処理部３と、通信処理部３に接続された通信コイル４と、電力伝送部１および通信処理部３を制御する制御部５と、制御部５に接続された電源６とを有している。

通信処理部３はさらに、通信回路部７と、電力伝送時にかかる電圧を低減させて通信回路部７を過電圧から保護する過電圧保護部８と、通信共振部９を有している。制御部５は通信回路部７を介して過電圧保護部８に接続し、過電圧保護部８は通信共振部９を介して通信コイル４に接続している。

また、電力伝送部１は、一例として発振部１０と、増幅部１１と、電力伝送共振部１２とを有している。制御部５は発振部１０および増幅部１１に接続し、発振部１０は増幅部１１を介して電力伝送共振部に接続し、電力伝送共振部１２は電力伝送コイル２に接続している。

本実施の形態のように、電力伝送コイルと通信コイルを併設している場合、電力伝送コイルと通信コイルの間は電磁的に結合しやすく、電力伝送と通信の周波数が近ければ近いほど相互的な干渉を受けやすくなる。

そのため、電力伝送時、電力伝送コイルには大きな磁界が発生し、通信コイルの両端に電磁誘導による誘起電圧が生じる。この誘起電圧が大きい場合、通信回路の素子に過電圧がかかる可能性がある。

しかし、本発明では通信共振部９と通信回路部７との間に、電圧を低減させる過電圧保護部８を介在させることによって、電力伝送時に大きな誘起電圧が生じた場合にも、過電圧保護部８によって電圧を低減させ、通信回路部７の素子に過電圧がかかることを抑制できる。

また、図２は本発明の過電圧保護部の第１の例を示すブロック図である。図２では、通信共振部２１は、送信用のＴｘ１端子２３およびＴｘ２端子２５と、受信用のＲｘ端子２６と、ＧＮＤ端子２４を備えている。さらに、過電圧保護部２２として、Ｔｘ１端子２３にリレー２７を、Ｔｘ２端子２５にリレー２８を有している。

通信時にはリレー２７、２８を導通して非接触受電装置との通信を行い、非接触受電装置との電力伝送時には、リレー２７、２８を切断する。Ｔｘ１端子２３およびＴｘ２端子２５がリレー２７、２８によって切断されることで、電磁誘導によって発生した過電圧が通信回路部にかかることを抑制できる。

図１及び図２を用いて、電力伝送および通信時の動作の一例を説明する。通信時は、電源６から受信した電圧を制御部５にて変圧し、通信回路部７にて励振する。励振した交流電力である通信信号は過電圧保護部８および通信共振部９を通り、通信コイル４から受電装置に送信される。この時、過電圧保護部８のリレー２７、２８は導通状態である。

電力伝送時は、電源６から受信した電圧を制御部５にて変圧する。その後、発振部１０で励振した交流電力を増幅部１１によって電力の増幅を行い、電力伝送共振部１２を通り、電力伝送コイル２から受電装置に送電される。この時、過電圧保護部８のリレー２７、２８は切断状態である。

このように、通信時にリレー２７、２８は導通状態であり、電力伝送時には電磁誘導によって発生した過電圧が通信回路部７にかかることを抑制するため、リレー２７、２８が切られて切断状態になる。

本実施の形態においては、電力伝送を行う場合、リレー２７、２８を切断し、過電圧保護部の機能を働かせた後、電力伝送を行う事が望ましい。また、電力伝送を終了する場合は、電力伝送が終了した後に、リレー２７、２８を導通させ、過電圧保護部の機能を終了させることが望ましい。このようにすることによって、電力伝送が行われている間は、過電圧保護部の機能により、電磁誘導によって発生した過電圧が通信回路部にかかることを防止できる。

ここで、リレー２７、２８はメカニカルリレーや半導体スイッチを用いることができる。また、半導体スイッチはメカニカルリレーに比べて、接点磨耗がないため寿命は長く、無接点のためにスイッチの入り切り時のノイズが抑制できる。また、スイッチング速度が高速であり、小型および軽量で実装製に優れるため、メカニカルリレーよりも使用が望まれる。

しかし、高周波で電力伝送および通信を行う非接触受電装置の場合に半導体スイッチを用いると、電力伝送時に半導体スイッチによって接続を切断しても、寄生容量の影響によって、通信回路部に過電圧がかかってしまう可能性がある。

（第２の実施の形態）
そこで、図１の構成を用いた第２の実施の形態について説明する。

図３は本発明の過電圧保護部の第２の例を示すブロック図である。図３では、通信共振部３１は、送信用のＴｘ１端子３３およびＴｘ２端子３５と、受信用のＲｘ端子３６と、ＧＮＤ端子３４を備えている。さらに、過電圧保護部３２として、Ｔｘ１端子３３とＧＮＤ端子３４の間に半導体スイッチ３７を、ＧＮＤ端子３４とＴｘ２端子３５の間に半導体スイッチ３８を有している。

通信時には半導体スイッチ３７、３８を切断して非接触受電装置との通信を行い、非接触受電装置との電力伝送時には、半導体スイッチ３７、３８を導通させる。Ｔｘ１端子３３とＧＮＤ端子３４を半導体スイッチ３７によって導通接続し、Ｔｘ２端子３５とＧＮＤ端子３４を半導体スイッチ３８によって導通接続することで、電磁誘導によって発生した過電圧が通信回路部にかかることを抑制できる。

図１及び図３を用いて、電力伝送および通信時の動作の一例を説明する。通信時は、電源６から受信した電圧を制御部５にて変圧し、通信回路部７にて励振する。励振した交流電力である通信信号は過電圧保護部８および通信共振部９を通り、通信コイル４から受電装置に送信される。この時、過電圧保護部８の半導体スイッチ３７、３８は切断状態である。

電力伝送時は、電源６から受信した電圧を制御部５にて変圧する。その後、発振部１０で励振した交流電力を増幅部１１によって電力の増幅を行い、電力伝送共振部１２を通り、電力伝送コイル２から受電装置に送電される。この時、過電圧保護部８の半導体スイッチ３７、３８は導通状態である。

このように、通信時に半導体スイッチ３７、３８は切断状態であり、電力伝送時には電磁誘導によって発生した過電圧が通信回路部７にかかることを抑制するため、半導体スイッチ３７、３８は導通状態となる。

本実施の形態においては、電力伝送を行う場合、半導体スイッチ３７、３８を導通させ、過電圧保護部の機能を働かせた後、電力伝送を行う事が望ましい。また、電力伝送を終了する場合は、電力伝送が終了した後に、半導体スイッチ３７、３８を切断し、過電圧保護部の機能を終了させることが望ましい。このようにすることによって、電力伝送が行われている間は、過電圧保護部の機能により、電磁誘導によって発生した過電圧が通信回路にかかることを防止できる。

また、通信処理を行う場合は、過電流が流れるのを防止するため、半導体スイッチ３７、３８を切断し、過電圧保護部の機能を終了させることが望ましい。

（第３の実施の形態）
図４は本発明の第３の実施の形態による非接触送電装置の構成を示すブロック図である。図４に示すように、本発明の非接触送電装置は、外部装置に電力伝送を行う電力伝送部４１と、外部装置と通信を行う通信処理部４２と、電力伝送部４１および通信処理部４２に接続され電力伝送および通信を行う共通コイル４３と、電力伝送部４１および通信処理部４２を制御する制御部４４と、制御部４４に接続された電源４５とを有している。

通信処理部４２はさらに、通信回路部４６と、電力伝送時にかかる電圧を低減させて通信回路部４６を過電圧から保護する過電圧保護部４７と、通信共振部４８を有している。制御部４４は通信回路部４６を介して過電圧保護部４７に接続し、過電圧保護部４７は通信共振部４８を介して共通コイル４３に接続している。

本実施の形態のように、電力伝送と通信とを１つのコイルで行う場合、電力伝送時に電力伝送の電力によって通信回路の素子に過電圧がかかる可能性がある。そのため、本発明では通信共振部４８と通信回路部４６との間に、電圧を低減させる過電圧保護部４７を介在させることによって、電力伝送時の大電力を過電圧保護部４７によって低減させ、通信回路部４６の素子に過電圧がかかることを抑制できる。

（第４の実施の形態）
図５は本発明の第４の実施の形態による非接触送電装置の構成を示すブロック図である。図５に示すように、本発明の非接触送電装置は、外部装置に電力伝送を行う電力伝送部６１と、外部装置と通信を行う通信処理部６２と、電力伝送部６１および通信処理部６２に接続された切替部６３と、電力伝送および通信を行う共通コイル６４と、電力伝送部６１および通信処理部６２を制御する制御部６５と、制御部６５に接続された電源６６とを有している。

通信処理部６２はさらに、通信回路部６７と、電力伝送時にかかる電圧を低減させて通信回路部６７を過電圧から保護する過電圧保護部６８と、通信共振部６９を有している。制御部６５は通信回路部６７を介して過電圧保護部６８に接続し、過電圧保護部６８は通信共振部６９を介して切替部６３に接続している。

本実施の形態では、電力伝送と通信とを１つのコイルで行い、電力伝送を行う際には、切替部６３によって通信処理部６２と共通コイル６４を切り離して、電力伝送部６１と共通コイル６４とを接続した後、電力伝送処理を行う。また、通信を行う際には、電力伝送部６１と共通コイル６４とを切り離して、通信処理部６２と共通コイル６４とを接続した後、通信処理を行う。

切替部６３によって、電力伝送時に電力伝送部６１から通信処理部６２を回路的に切り離しても、共通コイル６４には大きな磁界が発生するため、通信処理部６２に誘起電圧が生じて、通信回路部６７の素子に過電圧がかかる可能性がある。そのため本発明では、通信共振部６９と通信回路部６７との間に、電圧を低減させる過電圧保護部６８を介在させることによって、電力伝送による大電力を低減させ、通信回路部６７の素子に過電圧がかかることを抑制できる。

また、通信の周波数は共通コイルと通信処理部とで形成し、電力伝送の周波数は共通コイルと電力伝送部とで形成している。そのため、電力伝送時に切替部によって、通信処理部と共通コイルとが切断されて、通信処理部の周波数が変わる。周波数が変わることによって、電力伝送部と通信処理部との相互的な干渉が小さくなり、電力の伝送効率が上がる。

通信時も同様に、切替部によって電力伝送部と共通コイルとが切断されるために、電力伝送部の周波数が変わり、電力伝送部と通信処理部との相互的な干渉が小さくなることによって、通信の伝送効率が上がる。

以上より、過電圧保護部を通信回路部と通信共振部の間に介在させることによって、電力伝送時に通信回路にかかる過電圧を低減させることが可能となり、通信回路部の素子を保護する非接触送電装置及び非接触電力伝送システムが得られる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は、上記に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の変更や修正が可能である。すなわち、当業者であれば成し得るであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれることは勿論である。

１、４１、６１ 電力伝送部
２ 電力伝送コイル
３、４２、６２ 通信処理部
４ 通信コイル
５、４４、６５ 制御部
６、４５、６６ 電源
７、４６、６７ 通信回路部
８、２２、３２、４７、６８ 過電圧保護部
９、２１、３１、４８、６９ 通信共振部
１０ 発振部
１１ 増幅部
１２ 電力伝送共振部
２３、３３ Ｔｘ１端子
２４、３４ ＧＮＤ端子
２５、３５ Ｔｘ２端子
２６、３６ Ｒｘ端子
２７、２８ リレー
３７、３８ 半導体スイッチ
４３、６４ 共通コイル
６３ 切替部

Claims (4)

1. 外部装置と非接触による電力伝送および通信を行う非接触送電装置であって、
   前記非接触送電装置は前記外部装置と前記通信を行う通信処理部と、
   前記外部装置と前記電力伝送を行う電力伝送部と、
   前記通信処理部および前記電力伝送部を制御する制御部とを少なくとも有し、
   前記通信処理部はさらに通信共振部と、過電圧保護部と、通信回路部とを備え、
   前記制御部は前記電力伝送部および前記通信回路部に接続し、
   前記通信回路部は前記過電圧保護部を介して前記通信共振部に接続しており、
   前記電力伝送時にかかる電圧を前記過電圧保護部で低減させることを特徴とする非接触送電装置。
2. 前記過電圧保護部は導電接続することによって電圧を低減させることを特徴とする請求項１に記載の非接触送電装置。
3. 前記通信共振部はさらに送信端子とＧＮＤ端子と半導体スイッチを少なくとも有し、前記過電圧保護部は前記通信共振部の前記送信端子と前記ＧＮＤ端子を前記半導体スイッチにより導電接続することで、前記通信回路の素子にかかる電圧を低減させることを特徴とする請求項１または２に記載の非接触送電装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の非接触送電装置と、前記非接触送電装置からの電力の受電および通信が可能な前記外部装置と、を備えたことを特徴とする非接触電力伝送システム。

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