JP3194181U - 無線電力伝送装置 - Google Patents

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。

Claims (10)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。