JP3194181U - 無線電力伝送装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】金属外部オブジェクトを正確に検知し、相応の電力信号を供給する無線電力伝送装置を提供する。【解決手段】プライマリコイル110、第1バランスコイル120、第2バランスコイル130、制御回路140および電力供給回路150を含む。プライマリコイル110は電力信号を伝送する。第1バランスコイル120は、第1検知信号を生成するために、金属外部オブジェクト180の存在を検知する。第2バランスコイル130は、第2検知信号を生成するために、第1バランスコイル120のブラインド領域132に位置する金属外部オブジェクト180の存在を検知する。制御回路は、第1バランスコイル120および第2バランスコイル130に接続され、制御信号を生成するために、第1検知信号および/または第2検知信号を受信する。電力供給回路150は、制御回路140およびプライマリコイル110に接続され、電力信号を生成するために、制御信号により制御される。【選択図】図1
Description
本考案は、一般に、無線電力伝送技術、特に、相応の電力信号を供給するために金属外部オブジェクトを正確に検知する無線電力伝送装置に関する。
近年、バッテリーにより駆動される装置の多くが、無線で誘電結合された充電装置により充電される。これらの充電装置は、バッテリー充電機能および電力供給装置の機能を発揮する。充電装置は、電磁誘導の原理により充電される装置のセカンダリコイルに結合されるプライマリコイルを有する。電力の伝送は、プライマリコイルおよびセカンダリコイル間において、無線により行われる。
誘電結合された無線電力伝送システムにおいて外部オブジェクトを検知するための方法としては、種々の方法がある。これらの方法には、プライマリコイルにおける電流の周波数の変化により外部オブジェクトを検知するもの、プライマリコイルにおける電流および電圧の不均衡な変化を検知するもの、プライマリコイルからの出力電力の計測に基づくもの等が含まれる。従来知られている外部オブジェクト検知方法は、構成が簡単ではなく、実現が困難である。そのため、構成が簡単で、実現が容易な無線充電システムが望まれている。
本考案は、利用における利便性を向上させて実現を促進するために、金属外部オブジェクトを正確に検知し、相応の電力信号を供給する無線電力伝送装置を提供する。
本考案は、プライマリコイル、第1バランスコイル、第2バランスコイル、制御回路および電力供給回路を有する無線電力伝送装置を提供する。プライマリコイルは、電力信号を伝送する。第1バランスコイルは、第1検知信号を生成するために、金属外部オブジェクトの存在を検知する。第2バランスコイルは、第2検知信号を生成するために、第1バランスコイルのブラインド領域に位置する金属外部オブジェクトの存在を検知する。制御回路は、第1バランスコイルおよび/または第2バランスコイルに結合され、制御信号を生成するために、第1検知信号および第2検知信号を受信する。制御回路は、プライマリコイルの周囲に外部オブジェクトがない場合は何も検知しないように検知信号を調整するバランス回路を有する。電力供給回路は、制御回路およびプライマリコイルに結合され、電力信号を生成するために、制御信号を受信する。
本考案は、さらに、プライマリコイル、複数のバランスコイル、制御回路および電力供給回路を有する無線電力伝送装置を提供する。プライマリコイルは、電力信号を伝送する。バランスコイルはそれぞれ、検知信号を生成するために、金属外部オブジェクトの存在を検知する。制御回路は、バランスコイルに結合され、制御信号を生成するために、検知信号を受信する。制御回路は、プライマリコイルの周囲に外部オブジェクトがない場合は何も検知しないように検知信号を調整するバランス回路を有する。電力供給回路は、制御回路およびプライマリコイルに結合され、電力信号を生成するために、制御信号を受信する。
本考案の無線電力伝送装置によれば、第1バランスコイルにより金属外部オブジェクトの存在が検知され、および/または、第2バランスコイルにより第1バランスコイルのブラインド領域に位置する金属外部オブジェクトが検知され、第1バランスコイルおよび/または第2バランスコイルにより金属外部オブジェクトの存在が検知される。そして、制御回路は、上記の検知結果に従い、伝送するプライマリコイルに電力信号を供給するように電力供給回路を制御する。あるいは、金属外部オブジェクトの存在は、無線電力伝送装置に設けられた複数のバランスコイルにより検知され、制御回路は、上記の検知結果に従い、伝送するプライマリコイルに電力信号を供給するように電力供給回路を制御する。したがって、無線電力伝送装置は、利用における利便性を向上させ、構成が簡単で実現が容易となるように、金属外部オブジェクトを正確に検知し、相応の電力信号を供給する。
本考案の他の目的、利点および新規な特徴は、付随する図面と合わせて記載される以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。
本考案の実施形態に係る無線電力伝送装置の概略構成を示す図である。
本考案の他の実施形態に係る無線電力伝送装置の概略構成を示す図である。
図1に示す実施形態に係る制御回路装置の概略回路図を示す図である。
下記の詳細な説明は、本技術の様々な構成を示すことを意図したものであり、本技術が実現される唯一の構成を示すことを意図したものではない。添付された図面は、ここに組み込まれ、詳細な説明の一部を構成する。詳細な説明は、本技術の十分な理解を提供することを目的として具体的な細部を含む。しかし、本技術がこれらの具体的な細部なしで実現できることは当業者にとって明らかであろう。本技術の思想が不明瞭となることを避けるために、いくつかの例において、周知の構造や構成はブロック図形式で示されている。理解が容易となるように、同様の構成要素には、同一の要素番号を付している。
特定の構成を参照するために、特定の用語が、詳細な説明および実用新案登録請求の範囲を通して使用されている。当業者であれば理解できるように、製造業者はその構成を異なる名称により参照することがある。本明細書は、異なる構成を名称ではなく機能により識別することを意図している。詳細な説明および実用新案登録請求の範囲において、「含む」および「有する」という用語は、オープンエンド形式において用いられ、間接的または電気的に直接接続していることを意味すると理解されるべきである。したがって、ある装置が他の装置に電気的に接続されているという場合、その接続は、電気的に直接接続しているか、あるいは、他の装置および接続を介して間接的に接続していてもよい。以下の記載は本考案を実施する最善のモードの一つを示す。この記載は、本考案の一般的な原理を示す目的でなされたものであり、限定的な意味を持つものではない。本考案の範囲は、添付された実用新案登録請求の範囲を参照することにより決定される。
さらに、「含む」という用語やその変形は、非排他的に包含する意味を有することを意図されている。したがって、一群の要素を含む処理、方法、物または装置は、特に明言されなくても、これらの要素だけではなく、特に明示されない他の要素、あるいは処理、方法、物または装置に内在する要素も含みうる。他に限定がなされなければ、「〜を含む」という記載によって限定される要素は、その要素を含む処理、方法、物または装置に存在する他の同様の要素を排除するものではない。
図1は、本考案の実施形態に係る無線電力伝送装置の概略構成を示す図である。無線電力伝送装置100は、プライマリコイル110、第1バランスコイル120、第2バランスコイル130、制御回路140および電力供給回路150を含む。プライマリコイル110は、電力信号を伝送する。すなわち、無線電力伝送装置100は、外部オブジェクトに対して電力信号を伝送しうる。外部オブジェクトは、無線による電力を受け、電磁場および外部オブジェクトは、うず電流を発生しうる。うず電流は、電磁場を生成する。生成された電磁場は、バランスコイル上に電流を供給する。
第1バランスコイル120は、第1検知信号を生成するために、金属外部オブジェクト180の存在を検知する。第1検知信号は、金属外部オブジェクト180の存在を示す。本実施形態において、金属外部オブジェクト180は、たとえば、プライマリコイル110によって伝送される電力信号を受信するために、プライマリコイル110に誘電結合されるセカンダリコイルを備えている。金属外部オブジェクト180は、たとえば、携帯電話、タブレットコンピューター、あるいはPDA(Personal Digital Assistant)等の電子装置である。
また、第1バランスコイル120は、たとえば、8の字型(8−figure)のコイルである。図1の第1バランスコイル120は、8の字型のコイルを示すために二つの円型を示したものである。実際には、8の字型に成形された第1バランスコイル120は導電性を有する金属線から形成される。導電性を有する金属線は、たとえば、エナメルのワイヤである。エナメルのワイヤは巻線を形成するために用いられ、巻線を捻ることにより8の字型が形成される。第1バランスコイル120は、誘電結合の方法を使用する金属外部オブジェクト180が存在するか否かを検知する。たとえば、第1バランスコイル120は、金属外部オブジェクト180が無線電力伝送装置100に接近しているか否かを検知する。
たとえば、金属外部オブジェクト180が第1バランスコイル120に接近する場合、金属外部オブジェクト180はセカンダリコイル(不図示)を備えているため、第1バランスコイル120と金属外部オブジェクト180のセカンダリコイルとの間で、誘電結合の影響が発生する。そして、第1バランスコイル120は、金属外部オブジェクト180の存在を示す第1検知信号を生成する。
第2バランスコイル130は、第2検知信号を生成するために、第1バランスコイル120のブラインド領域132に位置する金属外部オブジェクト180の存在を検知する。第2検知信号は、第1バランスコイル120のブラインド領域132に位置する金属外部オブジェクト180の存在を示す。ブラインド領域132は、金属外部オブジェクト180を検知するための第1バランスコイル120における信号の弱い領域として定義される。すなわち、金属外部オブジェクト180が、第1バランスコイル120においてブラインド領域132に接近するとき、この領域の信号が弱いため、第1バランスコイル120は金属外部オブジェクト180の存在を検知しない。さらに、金属外部オブジェクト180の存在の検知の正確性を向上させるため、第2バランスコイル130は、たとえば、第1バランスコイル120のブラインド領域132に配置される。
本実施形態において、第2バランスコイル130は、たとえば、8の字型のコイルである。同様に、図1の第2バランスコイル130は、8の字型のコイルを示すために二つの円型を示したものである。実際には、8の字型に成形された第2バランスコイル130は、導電性を有する金属線から形成される。導電性を有する金属線は、たとえば、エナメルのワイヤである。第2バランスコイル130は、誘電結合の方法を使用する金属外部オブジェクト180が存在するか否かを検知する。たとえば、第2バランスコイル130は、金属外部オブジェクト180が無線電力伝送装置100に接近しているか否かを検知する。
たとえば、金属外部オブジェクト180が第2バランスコイル130(すなわち、第1バランスコイル120のブラインド領域132)に接近する場合、金属外部オブジェクト180はセカンダリコイル(不図示)を備えているため、第2バランスコイル130と金属外部オブジェクト180のセカンダリコイルとの間で、誘電結合の影響が発生する。そして、第2バランスコイル130は、ブラインド領域における金属外部オブジェクト180の存在を示す第2検知信号を生成する。
制御回路140は、第1バランスコイル120および第2バランスコイル130に接続されている。外部オブジェクトの検知は、プライマリコイル110が生成する磁束において用いられる。うず電流により外部オブジェクトが磁束を発生し、磁束により制御信号が生成される。制御回路140は、制御信号を生成するために、第1検知信号および/または第2検知信号を受信する。さらに、制御回路140は、第1検知信号および/または第2検知信号を受信することにより、金属外部オブジェクト180が存在するか否かを判断する。
たとえば、第1検知信号が高い電圧レベルであるとき、制御回路140は、金属外部オブジェクト180が存在すると判断し、制御回路140は、たとえば、高い電圧レベルの制御信号を生成する。第1検知信号が低い電圧レベルであるとき、制御回路140は、金属外部オブジェクト180が存在しないと判断し、制御回路140は、たとえば、低い電圧レベルの制御信号を生成する。電圧を低くするために、装置を稼働させる前に、「ゼロバランス」の調整がなされる。
また、第2検知信号が高い電圧レベルであるとき、制御回路140は、金属外部オブジェクト180が存在すると判断し、制御回路140は、たとえば、高い電圧レベルの制御信号を生成する。第2検知信号が低い電圧レベルであるとき、制御回路140は、金属外部オブジェクト180が存在しないと判断し、制御回路140は、たとえば、低い電圧レベルの制御信号を生成する。
さらに、第1検知信号および第2検知信号が同時に高い電圧レベルであるときも、制御回路140は、金属外部オブジェクト180が存在すると判断し、制御回路140は、たとえば、高い電圧レベルの制御信号を生成する。
上述のように、第1検知信号および第2検知信号のうちの少なくとも一方が高い電圧レベルであるとき、制御回路140は、金属外部オブジェクト180が存在すると判断し、制御回路140は、たとえば、高い電圧レベルの制御信号を生成する。
電力供給回路150は、制御回路140およびプライマリコイル110に接続されている。電力供給回路150は、電力信号を生成するために、制御信号を受信する。さらに、電力供給回路150は、制御信号に従い、プライマリコイル110に対して電力信号を生成するか否かを判断する。
たとえば、制御信号が高い電圧レベルであるとき、電力供給回路150は、プライマリコイル110が充電のために金属外部オブジェクト180に対して電力信号を伝送するように、プライマリコイル110に対して電力信号を生成する。これにより、プライマリコイル110および金属外部オブジェクト180のセカンダリコイルの間において、無線による電力信号が生成される。具体的には、プライマリコイル110および金属外部オブジェクト180のセカンダリコイルの間誘電結合の影響により、金属外部オブジェクト180を充電するための電力が生成され、あるいは伝送される。電力供給回路150から電力信号が供給されると、プライマリコイル110において磁場が生成される。本明細書において、このようなコイル間の相互作用はプライマリコイルおよびセカンダリコイル間の電力信号の伝送として定義される。制御信号が低い電圧レベルであるとき、制御信号は、制御回路140において増幅されてもよい。したがって、本実施形態の無線電力伝送装置100は、使用における利便性を向上させ、金属外部オブジェクトの存在を検知する構成を簡単にして実現を促進するために、金属外部オブジェクト180を正確に検知し、相応の電力信号を供給できる。
図2は、本考案の他の実施形態に係る無線電力伝送装置の概略構成を示す図である。無線電力伝送装置は、プライマリコイル210、複数のバランスコイル220_1、220_2、220_3、220_4、制御回路230および電力供給回路240を有する。
プライマリコイル210は、上述のように、電力信号を伝送する。すなわち、無線電力伝送装置200は無線方式を用いてプライマリコイル210により電力信号を伝送する。
バランスコイル220_1、220_2、220_3、220_4は、複数の検知信号を生成するために、金属外部オブジェクト280の存在を検知する。また、バランスコイル220_1、220_2、220_3、220_4のそれぞれは、たとえば、8の字型のコイルである。さらに、バランスコイル220_1、220_2、220_3、220_4は、プライマリコイル210の領域において、並んで配列される。バランスコイル220_1、220_2、220_3、220_4は、誘電結合の方式において、金属外部オブジェクト280の存在を検知し、たとえば、金属外部オブジェクト280が無線電力伝送装置200に接近したか否かを検知する。
たとえば、金属外部オブジェクト280がバランスコイル220_1、220_2、220_3、220_4に接近するとき、バランスコイル220_1、220_2、220_3、220_4および金属外部オブジェクト280の間において、誘電結合の影響が発生し、バランスコイル220_1、220_2、220_3、220_4は、たとえば、高い電圧レベルの検知信号を生成する。一方、金属外部オブジェクト280がバランスコイル220_1、220_2、220_3、220_4に接近しないとき、バランスコイル220_1、220_2、220_3、220_4および金属外部オブジェクト280の間において、誘電結合の影響が発生せず、バランスコイル220_1、220_2、220_3、220_4は、たとえば、低い電圧レベルの検知信号を生成する。
また、バランスコイルの数は、たとえば、4個である。バランスコイルの数および配置は、2個や3個や4個以上等、実際の条件に従って調整されてもよい。これらのコイルは、プライマリコイル210の領域において、互いに近接して配置されても、互いに交差して配置されてもよい。
制御回路230は、バランスコイル220_1、220_2、220_3、220_4に接続される。制御回路230は、制御信号を生成するために、検知信号を受信する。さらに、制御回路230は、検知信号を受信することにより、金属外部オブジェクト280が存在するか否かを判断する。制御回路230は、検知信号に従って、制御信号を生成する。動作については、図1の制御回路140の実施形態を参照することができるため、記載を省略する。
上述のように、バランスコイル220_1、220_2、220_3、220_4によって生成された検知信号のうち少なくとも一つが高い電圧レベルであった場合、制御回路230は、金属外部オブジェクト280が存在すると判断し、制御回路230は、たとえば、高い電圧レベルの制御信号を生成する。
電力供給回路240は制御回路230およびプライマリコイル210に接続される。電力供給回路240は、電力信号を生成するために、制御信号を受信する。さらに、電力供給回路240は、制御信号に従って、プライマリコイル210に対して電力信号を生成するか否かを判断する。
たとえば、制御信号が高い電圧レベルであるとき、電力供給回路240は、プライマリコイル210が充電のために金属外部オブジェクト280に対して電力信号を伝送するように、プライマリコイル210に対して電力信号を生成する。したがって、本実施形態の無線電力伝送装置200は、使用における利便性を向上させるために、金属外部オブジェクトを正確に検知して相応の電力信号を供給でき、構成が簡単で、実現が容易である。
図3は、図1に示す実施形態に係る制御回路装置の概略回路図を示す図である。
制御回路140は、ゼロバランス調整トリマー302、コイル電流を検知するオペアンプ304、整流のための二つのダイオード301、信号をホールドするための二つのキャパシター303を有する。二つのバランスコイルに接続されるゼロバランス調整トリマー302は、二つのバランスコイルをバランスするために、二つの検知信号を受信し、二つの検知信号のための動作を行う。検知信号は、たとえば、バランスコイルの近くに配置された金属外部オブジェクトにより、バランスのとれていない信号を有する場合がある。それらは、外部オブジェクトとして検知されない。ゼロバランス調整トリマー302に接続されるオペアンプ304は、二つのバランスコイルおよび外部オブジェクトの間の二つの検知信号を変化させる差分アンプとして動作する。オペアンプ304は、電力供給回路150に接続される。
ゼロバランス調整トリマー302は、バランス回路において使用される。バランス回路は、オペアンプ304により受信された検知信号を調整するために使用される。
また、図2のバランスコイル220_1、220_2、220_3、220_4の実施形態は、図3の第1バランスコイル120の実施形態を示してもよく、図2の制御回路230の実施形態は、図3の制御回路140の実施形態を示してもよく、説明は省略される。
上記の実施形態により提供される無線電力伝送装置によれば、第1バランスコイルにより金属外部オブジェクトの存在が検知され、および/または、第1バランスコイルのブラインド領域に位置する金属外部オブジェクトの存在が第2バランスコイルにより検知される。これにより、第1バランスコイルおよび/または第2バランスコイルは、金属外部オブジェクトの存在を正確に検知する。そして、制御回路は、上記検知結果に従い、伝送するプライマリコイルに電力信号を供給するように電力供給回路を制御する。あるいは、無線電力伝送装置に配置された複数のバランスコイルによって、金属外部オブジェクトの存在が検知され、制御回路は、上記の検知結果に従って、伝送するプライマリコイルに電力信号を供給するように電力供給回路を制御する。したがって、無線電力伝送装置は、利用における利便性を向上させ、実現を促進するように、金属外部オブジェクトを正確に検知し、相応の電力信号を供給する。外部オブジェクト検知の主な目的は、安全な動作のための金属検知から、電力伝送を行う電力供給回路の保護を意味する。
本願考案は、その好ましい実施形態に関して説明されているが、それは本願考案を限定するものではない。実用新案登録請求の範囲に記載された考案の思想および範囲から離れることなく、当業者によって多くの他の可能な修正および変形がなされうると理解されるべきである。
100 無線電力伝送装置、
110 プライマリコイル、
120 バランスコイル、
130 バランスコイル、
132 ブラインド領域、
140 制御回路、
150 電力供給回路、
180 金属外部オブジェクト、
200 無線電力伝送装置、
210 プライマリコイル、
220_1、220_2、220_3、220_4 バランスコイル、
230 制御回路、
240 電力供給回路、
280 金属外部オブジェクト、
301 ダイオード、
302 ゼロバランス調整トリマー、
303 キャパシター、
304 オペアンプ。
110 プライマリコイル、
120 バランスコイル、
130 バランスコイル、
132 ブラインド領域、
140 制御回路、
150 電力供給回路、
180 金属外部オブジェクト、
200 無線電力伝送装置、
210 プライマリコイル、
220_1、220_2、220_3、220_4 バランスコイル、
230 制御回路、
240 電力供給回路、
280 金属外部オブジェクト、
301 ダイオード、
302 ゼロバランス調整トリマー、
303 キャパシター、
304 オペアンプ。
Claims (10)
- 電力信号を伝送するプライマリコイルと、
第1検知信号を生成するために、金属外部オブジェクトの存在を検知する第1バランスコイルと、
第2検知信号を生成するために、前記第1バランスコイルのブラインド領域に位置する前記金属外部オブジェクトの存在を検知する第2バランスコイルと、
前記第1バランスコイルおよび前記第2バランスコイルに接続され、制御信号を生成するために、前記第1検知信号および/または前記第2検知信号を受信し、前記検知信号を調整するバランス回路を有する制御回路と、
前記制御回路および前記プライマリコイルに接続され、前記電力信号を生成するために、前記制御信号を受信する電力供給回路と、
を有する無線電力伝送装置。 - 前記第1バランスコイルは、8の字型のコイルである請求項1に記載の無線電力伝送装置。
- 前記第2バランスコイルは、8の字型のコイルである請求項1または請求項2に記載の無線電力伝送装置。
- 前記第2バランスコイルは、前記第1バランスコイルの前記ブラインド領域に位置する請求項1〜3のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
- 前記制御回路は、
前記第1検知信号および前記第2検知信号を受信および調整するために、前記第1バランスコイルおよび前記第2バランスコイルに接続されるゼロバランス調整トリマーと、
前記第1検知信号および前記第2検知信号を整流するために、前記ゼロバランス調整トリマーに接続される二つのダイオードと、
前記第1検知信号および前記第2検知信号を保持するために、前記ゼロバランス調整トリマーに接続される二つのキャパシターと、
前記第1検知信号および前記第2検知信号を検知し、前記制御信号を生成するために、前記ゼロバランス調整トリマーに接続されるオペアンプと
を有する請求項1〜4のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。 - 電力信号を伝送するプライマリコイルと、
検知信号を生成するために、金属外部オブジェクトの存在をそれぞれ検知する複数のバランスコイルと、
前記複数のバランスコイルに接続され、制御信号を生成するために、複数の前記検知信号を受信し、複数の前記検知信号を調整するバランス回路を有する制御回路と、
前記制御回路および前記プライマリコイルに接続され、前記電力信号を生成するために、前記制御信号を受信する電力供給回路と、
を有する無線電力伝送装置。 - 前記複数のバランスコイルは、それぞれ8の字型のコイルである請求項6に記載の無線電力伝送装置。
- 前記複数のバランスコイルは、前記プライマリコイルの領域に配置される請求項6または請求項7に記載の無線電力伝送装置。
- 前記複数のバランスコイルは、並んでまたは交差するように配置される請求項6〜8のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
- 前記制御回路は、
複数の前記検知信号を受信および調整するために、前記複数のバランスコイルに接続されるゼロバランス調整トリマーと、
複数の前記検知信号を整流するために、前記ゼロバランス調整トリマーに接続される二つのダイオードと、
複数の前記検知信号を保持するために、前記ゼロバランス調整トリマーに接続される二つのキャパシターと、
複数の前記検知信号を検知し、前記制御信号を生成するために、前記ゼロバランス調整トリマーに接続されるオペアンプと、
を有する請求項6〜9のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
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