JP5264974B2

JP5264974B2 - 無接点電力伝送装置

Info

Publication number: JP5264974B2
Application number: JP2011245707A
Authority: JP
Inventors: 克己金杉; 善寛三塩; 裕和金原
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2011-02-01
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2031-11-09
Also published as: US9106107B2; CN102629782B; US20120194125A1; CN102629782A; JP2012178964A

Description

この発明は、無接点電力伝送装置に関するものである。

携帯電話などの無線通信機器への充電装置として、無接点電力伝送装置が知られている。無接点電力伝送装置は、ある周波数の交流電力を電力送電装置から、無線通信機器に内蔵または付属された電力受電装置に、電磁誘導等を用いて電力を伝送する。例えば、特許文献１には、車両に搭載された無接点電力伝送装置が開示されている。

米国特許出願公開第２００８／０００１５７２号明細書

ところで、車両に搭載された無接点電力伝送装置により無線通信機器を充電しているときに、電力伝送の際に、その周波数の交流電力の一部またはその高調波あるいは低調波が、電磁波または交流磁界、交流電界となって空中や接続ケーブルを経由して周辺の車両用機器にノイズとして飛び込み、外部との無線通信や、車両内との無線通信にて情報を送受する装置の受信時のＳ／Ｎ（ＳＮ比）の悪化、受信感度低下等を起こすという課題があった。

例えば、無接点電力伝送の高調波周波数成分（例えば、１０次高調波で約１ＭＨｚ）がＡＭラジオ周波数帯（０．５〜１．６ＭＨｚ）に重なるため、ラジオノイズとして現れる。また、充電中の無線通信機器の無線通信（ワンセグ受信、ブルートゥース（登録商標）による車載機器との通信）に対して影響を与える場合もある。

そこで、この発明は、無線通信機器の充電中に不要な電磁波が外部に放射されるのを防止することができるとともに、充電中の無線通信機器の通信を確保することができる無接点電力伝送装置を提供するものである。

この発明に係る無接点電力伝送装置では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、一次コイル（例えば、後述する実施例における一次コイル９）により電力を送電する送電手段と、無線通信機器（例えば、後述する実施例における携帯電話１００）に備えられ前記一次コイルと電磁結合可能な二次コイル（例えば、後述する実施例における二次コイル１０１）により電力を受電する受電手段と、により無接点で電力を伝送する無接点電力伝送装置であって、電磁波を遮蔽し、内部に前記送電手段が設置されるとともに前記無線通信機器が収容可能な閉空間を形成する筐体（例えば、後述する実施例におけるコンソールボックス１）と、前記筐体に設けられ該筐体の内部に収容された前記無線通信機器からの通信信号を筐体の外部へ伝送可能または前記筐体の外部からの通信信号を該筐体の内部に収容された前記無線通信機器へ伝送可能な筐体アンテナ手段（例えば、後述する実施例における同軸ケーブル１６）と、を備え、前記筐体は、車両のコンソールボックス（例えば、後述する実施例におけるコンソールボックス１）であり、前記コンソールボックスの内部には、前記無線通信機器を前記一次コイルに対して位置決めする位置決め部材（例えば、後述する実施例における位置決め部材１２）を備え、前記位置決め部材は、前記コンソールボックスに対して脱着可能に構成されることを特徴とする無接点電力伝送装置である。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記筐体アンテナ手段は、前記筐体の内部に設けられた内部アンテナ手段（例えば、後述する実施例における内部アンテナ１７）と、該内部アンテナ手段に接続され前記筐体の外部に設けられた外部アンテナ手段（例えば、後述する実施例における外部アンテナ１８）とにより構成され、前記内部アンテナ手段は、前記無線通信機器を前記筐体の内部に収容したときに該無線通信機器のアンテナに近接した位置に配置されるように設けられていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の発明において、前記外部アンテナ手段は前記筐体の外部であって該筐体の近傍に設けられていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記筐体において電磁波を遮蔽するシールド構造材（例えば、後述する実施例におけるシールド体７，１４）には、無線通信機器が通信で使用する周波数帯域の電磁波減衰量と比較して、電力伝送のための周波数帯の電磁波減衰量の方がより大きくなる構造材が用いられていることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、無接点電力伝送装置の筐体に無線通信機器を収容して充電しているときに、電力伝送時における不要な電磁波が筐体の外部へ放射されるのを低減することができるので、該電磁波が外部の機器に及ぼす悪影響を軽減することができる。
また、筐体アンテナ手段により、充電中も無線通信機器の通信を確保することができる。

請求項２に係る発明によれば、無線通信機器の送受信性能の低下を防止し、良好な送受信性能を確保することができる。
請求項３に係る発明によれば、充電中の無線通信機器と筐体の近傍に設置されている機器との通信において良好な感度を得ることができる。
請求項４に係る発明によれば、低周波域での磁界シールド効果が発揮されるとともに、高周波域での電磁波の減衰を小さくすることができ、無線通信機器の受信感度の低下を抑制することができる。

この発明に係る無接点電力伝送装置が組み込まれた車両のコンソールボックスの斜視図である。無接点電力伝送装置が組み込まれた車両のコンソールボックスの実施例１における断面図である。アンテナの詳細図である。無接点電力伝送装置が組み込まれた車両のコンソールボックスの実施例２における断面図である。

以下、この発明に係る無接点電力伝送装置の実施例を図１から図４の図面を参照して説明する。
＜実施例１＞
初めに、この発明に係る無接点電力伝送装置の実施例１を図１から図３の図面を参照して説明する。
図１は、車両の運転席と助手席との間に設置されたコンソールボックス１とパーキングブレーキ２の外観斜視図であり、この実施例では、コンソールボックス１に無接点電力伝送装置が組み込まれている。

コンソールボックス１はパーキングブレーキ２に対して車両後方側に設置されており、車体に固定された樹脂製のボックス本体３と、ボックス本体３の後部側にヒンジ４を介して上下方向に開閉可能に取り付けられた樹脂製の蓋体５とを備えている。
図２に示すように、ボックス本体３には、上方を開口させた凹部６が形成されており、凹部６の内面にはその全面に亘って隙間なく、電磁波を遮蔽可能なシールド体７が取り付けられている。シールド体７の内側には、シールド体７内に形成される空間を上下に分割する樹脂製の分離板８が設置されており、分離板８の裏面側には、電力を送電する送電手段としての一次コイル９が取り付けられている。一次コイル９は、シールド体７内に設けられた発信回路を介して車載の電源（いずれも図示略）に接続されている。

分離板８よりも上側におけるシールド体７内の空間は、無線通信機器としての携帯電話１００を収容するための収容空間１１となっている。収容空間１１の分離板８の上に携帯電話１００を載置したときに携帯電話１００が一次コイル９の真上に配置されるように、シールド体７の内壁面および分離板８の上面には、ウレタン樹脂製の位置決め部材１２が固定されている。位置決め部材１２は、携帯電話１００の挿入時に入れ易く、かつ一次コイル９と後述する二次コイル１０１との位置決めが容易にできるように、下り傾斜のテーパ構造をなしている。なお、位置決め部材１２をシールド体７および分離板８に対して脱着可能にしておいてもよく、そのようにしておくと、携帯電話１００の形状に合わせて位置決め部材１２のみを入れ替えることができ一次コイル９と二次コイル１０１の位置決め性を確保することができる。また、携帯電話１００の充電時以外のときに、コンソールボックス１内の収容空間を広く使うことができ、便利である。

携帯電話１００には、受電手段としての二次コイル１０１が内蔵されており、収容空間１１内に収容したときに一次コイル９と二次コイル１０１とが電磁結合可能となっている。そして、一次コイル９から二次コイル１０１に電磁誘導を用いて無接点で電力を伝送することで、携帯電話１００を充電することができるようになっている。

蓋体５には、下方を開口させた凹部１３が形成されており、凹部１３の内面にはその全面に亘って隙間なく、電磁波を遮断可能なシールド体１４が取り付けられている。シールド体１４の内側は収容空間１５となっていて、蓋体５を閉じたときに、蓋体５のシールド体１４の開口とボックス本体３のシールド体７の開口とが合致し、ボックス本体３の収容空間１１と蓋体５の収容空間１５とが一つの閉空間を形成するように構成されている。

また、蓋体５の後部には、同軸ケーブル（筐体アンテナ手段）１６が、シールド体１４を貫通し且つ蓋体５の内外に貫通して取り付けられている。この同軸ケーブル１６の一端側は蓋体５の収容空間１５に挿入され、蓋体５の内面に固定された内部アンテナ（内部アンテナ手段）１７に接続されている。図３は、図２において簡略化して示されている内部アンテナ１７の詳細を示した図であり、内部アンテナ１７は、蓋体５に固定された基板２０と、基板２０の表面に形成された銅箔等からなる所定形状の一対のアンテナパターン２１，２２とを備え、一方のアンテナパターン２１に同軸ケーブル１６の内部導体１６ａが接続され、他方のアンテナパターン２２に同軸ケーブル１６の外部導体１６ｂが接続されている。なお、アンテナパターン２１，２２は、携帯電話用のアンテナ特性を有する部分１７ａとブルートゥース用のアンテナ特性を有する部分１７ｂとインピーダンスマッチング用にマイクロストリップライン構造のバラン機能を備えている。
この内部アンテナ１７は、蓋体５を閉じたときに、ボックス本体３の収容空間１１に収容された携帯電話１００の真上に位置するように配置されている。つまり、内部アンテナ１７は、コンソールボックス１（筐体）の内部に収容された携帯電話１００のアンテナに近接した位置に配置されるように設けられている

蓋体５の外部に引き出された同軸ケーブル１６の他端は外部アンテナとなっており、図示しない車外アンテナあるいは車内アンテナに接続されている。車外アンテナは、車両のルーフやウィンドガラスに取り付けられ、車外からの電波を受けることができるアンテナであり、車内アンテナは、車内の機器との通信を目的とするアンテナである。

このように構成されたコンソールボックス１に組み込まれた無接点電力伝送装置を用いて携帯電話１００を充電するときには、ボックス本体３の収容空間１１に携帯電話１００を収容し、蓋体５を閉じた後に、一次コイル９から二次コイル１０１に電磁誘導を用いて電力を伝送して、携帯電話１００を充電する。このようにすると、一次コイル９および二次コイル１０１をシールド体７，１４によって電磁シールドされた閉空間内に収容することができるので、無接点電力伝送時における不要な電磁波がコンソールボックス１の外部へ放射されるのを低減することができ、その結果、該電磁波がコンソールボックス１の外部の機器に及ぼす悪影響（例えば、ラジオノイズやワンセグ受信不良等）を軽減することができる。

また、充電中の携帯電話１００については、携帯電話１００の直ぐ近くに内部アンテナ１７が配置され、この内部アンテナ１７が同軸ケーブル１６を介して車外アンテナあるいは車内アンテナに接続されているので、コンソールボックス１内に密封しての充電中も、外部との通信を確保することができる。つまり、コンソールボックス１内に収容された携帯電話１００からの通信信号をコンソールボックス１の外部へ伝送可能であり、また、コンソールボックス１の外部からの通信信号をコンソールボックス１内に収容された携帯電話１００へ伝送可能である。

＜実施例２＞
次に、この発明に係る無接点電力伝送装置の実施例２を図４の図面を参照して説明する。実施例２の無接点電力伝送装置も、実施例１と同様に車両のコンソールボックス１に組み込まれた態様である。
実施例２の無接点電力伝送装置が実施例１のものと相違する点は、同軸ケーブル１６の外部アンテナの形態だけである。
実施例２においても、同軸ケーブル１６が、シールド体１４を貫通し且つ蓋体５の内外に貫通して取り付けられ、同軸ケーブル１６の一端側が蓋体５の収容空間１５に挿入され、収容空間１５内において内部アンテナ１７に接続されている点は、実施例１の場合と同じである。

しかしながら、実施例２では、同軸ケーブル１６が蓋体５の天板部５ａを貫通し、蓋体５の外部に引き出された同軸ケーブル１６の他端側が、天板部５ａに固定された外部アンテナ（外部アンテナ手段）１８に接続されている。なお、図４においては、内部アンテナ１７および外部アンテナ１８を簡略化して示している。外部アンテナ１８の構造は内部アンテナ１７と同様であり、図３を援用して説明すると、外部アンテナ１８は、蓋体５の天板部５ａに固定された基板２０と、基板２０の表面に形成された銅箔等からなる所定形状の一対のアンテナパターン２１，２２とを備え、一方のアンテナパターン２１に同軸ケーブル１６の内部導体１６ｃが接続され、他方のアンテナパターン２２に同軸ケーブル１６の外部導体１６ｄが接続されている。なお、アンテナパターン２１，２２は、携帯電話用のアンテナ特性を有する部分１８ａとブルートゥース用のアンテナ特性を有する部分１８ｂとインピーダンスマッチング用にマイクロストリップライン構造のバラン機能を備えている。
つまり、実施例２では、外部アンテナ１８が、コンソールボックス１（筐体）の外部であってコンソールボックス１の近傍に設けられている。これが実施例１との相違点である。その他の構成については実施例１のものと同じであるので、同一態様部分に同一符号を付して説明を省略する。

この実施例２の場合も、無接点電力伝送時における不要な電磁波がコンソールボックス１の外部へ放射されるのを低減することができ、その結果、該電磁波がコンソールボックス１の外部の機器に及ぼす悪影響を軽減することができる。

また、充電中の携帯電話１００については、携帯電話１００の直ぐ近くに内部アンテナ１７が配置され、この内部アンテナ１７が同軸ケーブル１６を介して蓋体５の天板部５ａの上の外部アンテナ１８に接続されているので、コンソールボックス１の上に携帯電話１００を置いたときと同等に、外部との通信を確保することができる。つまり、コンソールボックス１内に収容された携帯電話１００からの通信信号をコンソールボックス１の外部へ伝送可能であり、また、コンソールボックス１の外部からの通信信号をコンソールボックス１内に収容された携帯電話１００へ伝送可能である。この実施例２によれば、携帯電話１００と車両内のＡＶ機器やナビゲーション機器とを、ブルートゥース（ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）や無線ＬＡＮ等で通信する場合に、これら機器と外部アンテナ１８との距離を短くすることができるので、良好な感度を得ることができる。

ところで、外部との情報を通信する電波の周波数は、例えば携帯電話通信では１ＧＨｚ帯、ブルートゥースでは数ＧＨｚ帯、無線ＬＡＮでは数ＧＨｚ帯であるのに対して、電力伝送の交播磁界周波数は通常数百ｋＨｚ、高くても数十ＭＨｚ帯である。
そこで、外部との情報を通信する電波の周波数と電力伝送の交播磁界周波数との周波数帯の差異を考慮して、低周波帯の交流磁界透磁率よりも高周波帯の交流磁界透磁率が小さい材料、換言すると低周波帯の電磁波減衰量よりも高周波帯の電磁波減衰量の方が小さい材料（例えばパーマロイ）で、実施例１あるいは実施例２におけるシールド体７，１４を構成すると、電力伝送に起因する低周波帯の電磁波をシールドしつつ、通信に使用される高周波帯の電磁波の減衰を小さくすることができる。例えば、電力伝送に数百ｋＨｚの交播磁界を用いる場合に、シールド体７，１４の構造材として電磁鋼板やパーマロイを用いると、低周波域での磁界シールド効果が高い割に高周波領域では磁界シールド効果が低いことから、高周波域での携帯電話１００の受信感度を相対的に大きく落とすことなく低周波域で磁界シールド効果を得ることができる。

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した各実施例に限られるものではない。
例えば、蓋体５を閉じたときに、収容空間１１に収容されている携帯電話１００に内部アンテナ１７が直接接触するようにしてもよい。
前述した各実施例では、無接点電力伝送装置を車両のコンソールボックス１に組み込んだ態様で説明したが、特にこれに限定されるものではなく、他の機器と兼用することなく、独立の筐体として構成することも可能である。さらに、この発明の無接点電力伝送装置は車載用に限るものでもない。
また、無線通信機器は携帯電話に限るものではない。

１コンソールボックス（筐体）
７，１４シールド体（シールド構造材）
９一次コイル
１６同軸ケーブル（筐体アンテナ手段）
１７内部アンテナ（内部アンテナ手段）
１８外部アンテナ（外部アンテナ手段）
１００携帯電話（無線通信機器）
１０１二次コイル

Claims

一次コイルにより電力を送電する送電手段と、無線通信機器に備えられ前記一次コイルと電磁結合可能な二次コイルにより電力を受電する受電手段と、により無接点で電力を伝送する無接点電力伝送装置であって、
電磁波を遮蔽し、内部に前記送電手段が設置されるとともに前記無線通信機器が収容可能な閉空間を形成する筐体と、
前記筐体に設けられ該筐体の内部に収容された前記無線通信機器からの通信信号を筐体の外部へ伝送可能または前記筐体の外部からの通信信号を該筐体の内部に収容された前記無線通信機器へ伝送可能な筐体アンテナ手段と、
を備え、
前記筐体は、車両のコンソールボックスであり、
前記コンソールボックスの内部には、前記無線通信機器を前記一次コイルに対して位置決めする位置決め部材を備え、
前記位置決め部材は、前記コンソールボックスに対して脱着可能に構成されることを特徴とする無接点電力伝送装置。
前記筐体アンテナ手段は、前記筐体の内部に設けられた内部アンテナ手段と、該内部アンテナ手段に接続され前記筐体の外部に設けられた外部アンテナ手段とにより構成され、
前記内部アンテナ手段は、前記無線通信機器を前記筐体の内部に収容したときに該無線通信機器のアンテナに近接した位置に配置されるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の無接点電力伝送装置。
前記外部アンテナ手段は前記筐体の外部であって該筐体の近傍に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の無接点電力伝送装置。
前記筐体において電磁波を遮蔽するシールド構造材には、無線通信機器が通信で使用する周波数帯域の電磁波減衰量と比較して、電力伝送のための周波数帯の電磁波減衰量の方がより大きくなる構造材が用いられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の無接点電力伝送装置。