JP5049018B2 - 非接触充電装置 - Google Patents
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Description
非接触充電を行う機器が載置される載置部と、
一つの導体パターンがフレキシブルプリント基板上に形成されており、或いは複数の導体パターンがフレキシブルプリント基板上に多層化されて形成されており、上記機器側に設けられた二次側伝送コイルに対して、電磁誘導を利用して電力の供給を行う一次側伝送コイルと、
上記載置部と上記一次側伝送コイルとの接触面側で、かつ、一次側伝送コイルの中心から当該一次側伝送コイルの内径の半径分離れた位置から、当該一次側伝送コイルの内径の直径分離れた位置の間に、当該温度検知素子の中心が位置するように、上記一次側伝送コイルの上記フレキシブルプリント基板の導体パターン内に温度検知素子層として直接形成されて設けられ、又は上記一次側伝送コイルの上記フレキシブルプリント基板上に多層化された各導体パターンのうち、いずれか一つ或いは複数の導体パターン内に温度検知素子層として直接形成されて設けられた、上記載置部に載置された載置物の温度を検出するための温度検知素子とを有する。
上記一次側伝送コイルに対して上記充電用の電力を供給すると共に、上記一次側伝送コイルに供給する電力を停止制御するために定められた温度よりも所定分低い温度が上記温度検知素子で検出されたタイミングで、上記一次側伝送コイルに対する電力の供給を停止制御する制御部を有する。
図1に、本発明の実施の形態となるクレードル1と、当該クレードル1に載置されることで内蔵された二次電池(バッテリ)に対して充電がなされる携帯電話機2のブロック図を示す。
送電側の無接点電力伝送コイルとなる一次側伝送コイル5、及び受電側の無接点電力伝送コイルとなる二次側伝送コイル11は、図2〜図4に示す構成を有している。以下、この一次側伝送コイル5及び二次側伝送コイル11を「無接点電力伝送コイル21WS」と言い換えると、図2はフレキシブルプリント基板30上に平面コイルが貼り付けられることで形成される無接点電力伝送コイル21WSを正面から見た図、図3は平面コイルが貼り付けられていない状態のフレキシブルプリント基板30を正面から見た図、図4は無接点電力伝送コイル21WSの概略断面図を示している。
上記一次側伝送コイル5及び二次側伝送コイル11である無接点電力伝送コイルとしては、図5〜図8に示すように渦巻き状の導体パターンからなる平面コイルパターンが形成された複数のフレキシブルプリント基板を積層することで形成した多層構造の無接点電力伝送コイル21PSを用いるようにしてもよい。
次に、当該実施の形態のクレードル1は、上述の無接点電力伝送コイル21WS或いは無接点電力伝送コイル21PSを用い、電磁誘導を利用して携帯電話機2側へ電力伝送を行うのであるが、クレードル1に例えばコインなどの金属異物が載置されると、その金属異物に渦電流が発生し、該金属異物が異常過熱するおそれがある。
ここで、上述のように温度検知素子7は、フレキシブルプリント基板の導体パターン内に温度検知素子層として直接形成されることで設けられるのであるが、クレードル1に硬貨等の金属異物が載置されたことによる該金属異物の温度上昇は、その金属異物の大きさと、該金属異物が載置される位置が大きく関係する。すなわち、金属異物の大きさが所定以下の大きさである場合や、金属異物が一次側伝送コイル5から所定以上離れて載置された場合には、金属異物の温度上昇量が少なく、上記異常温度上昇の問題は発生しない。従って、一次側伝送コイル5の温度を検出する温度検知素子7は、当該温度検知素子7を設ける位置が重要となる。このようなことから、本件出願人は、金属異物の材質、金属異物の大きさ、該金属異物が載置されるクレードル1上の位置、及びクレードル1上の各位置における温度上昇量を精査することで得た最適な位置に温度検知素子7を設けている。
まず、本件出願人は、一次側伝送コイル5の中央部(=中空部が存在し、磁束が集中する箇所)に相当するクレードル1上の位置に、100円玉、10円玉、1円玉、カッターナイフの刃、クリップ、ハンダ、洋白、りん青銅、ステンレス等の各種材質の金属異物を載置し、その温度上昇量を測定した。
次に、本件出願人は、一次側伝送コイル5上の各測定ポイントにそれぞれ異なる材質の金属異物を載置し、その温度上昇量を測定した。具体的には、金属異物としては「100円玉」、及び「りん青銅」を用い、これらの金属異物を、図9に示す一次側伝送コイル5上の第1〜第5の測定ポイントに載置して、それぞれ温度上昇量を測定した。
次に、本件出願人は、それぞれ大きさ(面積)の異なる金属異物を一次側伝送コイル5上の中央部に載置し、その温度上昇量を測定した。図12(a)は、金属異物として「りん青銅」を用いた場合における各面積毎の温度上昇量と一次側伝送コイル5に対する通電時間との関係を示す表である。この図12(a)からわかるように、厚さ1mmで正四角形の一辺が3mmである面積が9平方ミリメートルのりん青銅を一次側伝送コイル5上の中央部に載置し、この一次側伝送コイル5に対して30秒→60秒→90秒→120秒→180秒の通電を行うと、りん青銅は、30度(初期温度)→36.4度(通電時間30秒)→39度(通電時間60秒)→40.5度(通電時間90秒)→42.2度(通電時間120秒)→43.9度(通電時間180秒)の順に温度が上昇する測定結果を得た。
次に、本件出願人は、図13(a)に示すように温度検知素子7の設置位置を、一次側伝送コイル5の中央部から5mm離れた位置に固定したうえで、それぞれ面積の異なる金属異物を一次側伝送コイル5上の中央部から徐々に遠ざけながら、当該金属異物の飽和温度、及び金属異物の各載置位置毎の温度検知素子7の検知温度を測定した。
次に、本件出願人は、図14(a)に示すように金属異物の載置位置を一次側伝送コイル5の中央部に固定したうえで、温度検知素子7の設置位置を一次側伝送コイル5の中央部から徐々に遠ざけながら、当該金属異物の飽和温度、及び各設置位置毎の温度検知素子7の検知温度を測定した。
次に、一次側伝送コイル5に設ける温度検知素子7は、金属異物の温度を直接的に検知するのではなく、金属異物が発熱することで一次側伝送コイル5に伝達された熱量を検知するようになっている。すなわち、温度検知素子7は、金属異物の温度を、一次側伝送コイル5を介して間接的に検知する。このため、上記図14(b)に示したように温度検知素子7で検知される温度は、金属異物の実際の温度よりも低く検出される。
以上の各測定結果から、本件出願人は以下の見解を得た。
2.金属異物の載置位置が一次側伝送コイル5の中央部から外れた位置となるほど、発熱量が小さくなる。このため、温度検知素子7は、一次側伝送コイル5の中央部に近接した位置に載置された金属異物の温度を検出可能な位置に設ければよい。ただ、一次側伝送コイル5の中心部は、磁力線が集中する箇所のため、温度検知素子7を設けると当該温度検知素子7自体が加熱され、金属異物の正確な温度検知が困難となる。このため、温度検知素子7は、一次側伝送コイル5の中心部から離れた場所に設置することが好ましい。
このようなことから、本件出願人は、温度検知素子7は、図16(a)に示すように当該クレードル1と一次側伝送コイル5との接触面側で、かつ、図16(b)に示すように温度検知素子7の中心が、一次側伝送コイル5の中心位置から当該一次側伝送コイル5の直径以下の範囲内に位置するように設ければよいという見解を得た。
次に、上述の位置に温度検知素子7が設けられたクレードル1の充電動作を説明する。図17に、充電時において、クレードル1に対して携帯電話機2が載置された状態の断面図を示す。
ここで、このクレードル1のように、無接点電力伝送コイルである一次側伝送コイル5及び二次側伝送コイル11を用い、電磁誘導を利用して携帯電話機2へ電力伝送を行う構成の場合、クレードル1上に例えばコインなどの金属異物が載置されると、その金属異物に渦電流が発生して異常過熱するおそれがある。
上述の例は、クレードル1上の載置物の温度が危険温度まで上昇したことを検出したタイミングで、一次側伝送コイル5に対する電力供給を停止制御するものであったが、これは以下に説明するように温度検知素子7で検知される上記載置物の温度の温度勾配に応じて該停止制御するようにしてもよい。
以上の説明から明らかなように、この実施の形態のクレードル1は、当該クレードル1上に載置される載置物の温度を、様々な測定結果から得られた最適な位置に設けられた温度検知素子7により検知し、上記載置物の異常温度上昇を検出した際に、一次側伝送コイル5に対する電力供給を直ちに停止制御する。これにより、クレードル1の載置物の異常温度上昇を即座に抑制することができ、非接触型の充電器となる当該クレードル1の安全性の向上を図ることができる。
Claims (2)
- 非接触充電を行う機器が載置される載置部と、
一つの導体パターンがフレキシブルプリント基板上に形成されており、或いは複数の導体パターンがフレキシブルプリント基板上に多層化されて形成されており、上記機器側に設けられた二次側伝送コイルに対して、電磁誘導を利用して電力の供給を行う一次側伝送コイルと、
上記載置部と上記一次側伝送コイルとの接触面側で、かつ、一次側伝送コイルの中心から当該一次側伝送コイルの内径の半径分離れた位置から、当該一次側伝送コイルの内径の直径分離れた位置の間に、当該温度検知素子の中心が位置するように、上記一次側伝送コイルの上記フレキシブルプリント基板の導体パターン内に温度検知素子層として直接形成されて設けられ、又は上記一次側伝送コイルの上記フレキシブルプリント基板上に多層化された各導体パターンのうち、いずれか一つ或いは複数の導体パターン内に温度検知素子層として直接形成されて設けられた、上記載置部に載置された載置物の温度を検出するための温度検知素子と、
上記一次側伝送コイルに対して上記充電用の電力を供給すると共に、上記一次側伝送コイルに供給する電力を停止制御するために定められた温度よりも所定分低い温度が上記温度検知素子で検出されたタイミングで、上記一次側伝送コイルに対する電力の供給を停止制御する制御部と
を有する非接触充電装置。 - 請求項1に記載の非接触充電装置であって、
上記制御部は、所定の時刻毎に上記温度検知素子の温度検知出力を取り込むと共に、該各時刻間における温度上昇量を検出し、この温度上昇量が所定の温度上昇量以上であった場合に、上記一次側伝送コイルに対する電力の供給を停止制御する
非接触充電装置。
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