JP2006042519A - 非接触電力伝送装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】この発明は、送電装置11と受電装置13からなり、動作時に、送電コイル113と受電コイル131とが電磁的に結合することにより、非接触で電力伝送を行うようになっている。両コイル113、131は、渦巻き状であってその平面が対向するようになっている平面コイルからなる。さらに、その両平面コイルは、両者が対向する面の反対側の面に、両コイルの発生する磁界による不要輻射を抑える磁性シートが、その面全体を覆うようにそれぞれ設けられている。
【選択図】 図1
Description
そして、送電コイルは送電コイル用コアに巻かれ、受電コイルは受電コイル用コアに巻かれている。また、送電コイル用コアと受電コイル用コアとはいずれも棒状体で構成され、使用時には、その両コアの端面同士が対向するようになっている。
そこで、送電コイルと受電コイルの薄型化を実現するには、その両コイルの平面化を図ることが考えられるが、それを平面化した場合にはコアの使用ができないので、コイルから発生する磁界による不要輻射の抑制、および電力伝送の効率化を図る必要がある。
すなわち、第1の発明は、第1コイルを含む送電装置と、第2コイルおよび2次電池を含む受電装置とを備え、前記送電装置は、前記第1コイルが前記第2コイルと電磁結合するときに、前記第1コイルに供給する交流を生成する送電手段を有し、前記受電装置は、前記第2コイルが前記第1コイルと電磁結合するときに、前記第2コイルに誘起される交流を直流に変換し、この変換された直流により前記2次電池の充電を行う受電手段を有し、さらに、前記第1コイルおよび前記第2コイルは、渦巻き状であってその平面が対向するようになっている第1平面コイルおよび第2平面コイルからなり、かつ、前記第1平面コイルおよび前記第2平面コイルは、その両者が対向する面の反対側の面に、磁性シートをそれぞれ設けるようにした。
第3の発明は、第1または第2の発明において、前記受電装置を構成する前記第2コイル、前記受電手段、および前記2次電池のうち、少なくとも前記第2コイルと前記2次電池を一体化した。
第5の発明は、第1乃至第4のうちのいずれかの発明において、前記受電装置は、携帯電話に搭載させるようにした。
第8の発明は、第6または第7の発明において、前記送電・受電兼用装置を構成する前記第2コイル、前記送電手段、前記受電手段、および前記第1の2次電池のうち、少なくとも前記第2コイルと前記第1の2次電池を一体化し、かつ、前記受電装置を構成する前記第3コイル、前記受電手段、および前記第2の2次電池のうち、少なくとも前記第3コイルと前記第2の2次電池を一体化した。
以上のような構成からなる本発明によれば、非接触電力伝送に使用される送電用コイルや受電用コイルなどが平面コイルからなり、使用の際には、それらは変圧器を形成するが、両コイルが発生する磁界等による不要輻射を抑制でき、かつ、電力伝送の効率化が図れる。
本発明の非接触電力伝送装置の第1実施形態の構成について、図1を参照しながら説明する。
この第1実施形態に係る非接触電力伝送装置は、例えば携帯電話に適用したものであり、図1に示すように、充電器として機能する送電装置11と、携帯電話本体12の電源となる2次電池を含む受電装置13とを備えている。
送電装置11は、図1に示すように、AC/DCコンバータ111と、送電回路112と、送電コイル113とを備えている。
AC/DCコンバータ111は、例えば家庭に供給される100〔V〕の交流電圧を所定の直流電圧に変換するものであり、その変換された直流電圧を送電回路112に供給するようになっている。送電回路112は、AC/DCコンバータ111からの直流電圧を使用して所定の周波数の交流電圧を生成する回路であり、この生成した交流電圧を送電コイル113に供給するようになっている。
この受電装置13は、構成要素である受電コイル131、受電回路132、充放電制御回路133、および2次電池134を、一体に1つの容器に収容させたり、または熱硬化性の合成樹脂などを用いて一体にモジュール化(固形化)させ、受電装置モジュール(電池パック)として形成するようにした。
受電回路132は、受電コイル131に誘起される交流電圧を整流して直流電圧を出力する回路である。受電回路132から出力される直流電圧は、充放電制御回路133を介して2次電池134に供給され、2次電池134を充電するようになっている。
2次電池134は、例えばリチウムイオン電池のように、放電後に充電により繰り返して使用できる電池である。
送電コイル113は、図2示すように、平面渦巻き型コイル113aと、磁性シート113bと、金属シート113cとからなる。そして、図3に示すように、平面渦巻き型コイル113aの外面側に、その外面側全体を覆うように、磁性シート113bと金属シート113cとが重ねた状態で設けられている。
また、受電コイル131は、図2に示すように、平面渦巻き型コイル131aと、磁性シート131bと、金属シート131cとからなる。そして、図3に示すように、平面渦巻き型コイル131aの外面側に、その外面側全体を覆うように、磁性シート131bと金属シート131cとが重ねた状態で設けられている。
さらに、送電コイル113側の平面渦巻き型コイル113aと、受電コイル131側の平面渦巻き型コイル131aとは、使用時には、図3に示すようにその内面側同士が対向して変圧器を形成するようになっている。このため、使用時には、磁性シート113b、131bは、平面渦巻き型コイル113a、131aが発生する磁界による不要輻射を抑制でき、金属シート113c、131cは、平面渦巻き型コイル113a、131aが発生する電界による不要輻射を抑制できるようになっている。
また、磁性シート113b,131bは、板状またはシート状の磁性材料からなり、けい素鋼板、アモルファス金属の磁性シートなどが使用される。
次に、図1〜図3に示すような構成からなる送電装置11と受電装置13とを、充電器のケースと携帯電話のケースにそれぞれ組み込んだ場合の具体例について、図4を参照して説明する。
充電器のケース21は、図4に示すように、その上部側に、携帯電話の充電時に携帯電話のケース31が収容される携帯電話収容部211を備えている。また、充電器のケース21は、その携帯電話収容部211の下部側に送電コイル収納部212を備え、その送電コイル収納部212内に、図3に示す送電コイル113が例えば密封された状態で収納されている。さらに、充電器のケース21内には、送電装置11のAC/DCコンバータ111や送電回路112などの構成部品を搭載した回路基板22が収容されている。
ここで、受電装置モジュール32は、上記のように、受電装置13を構成する、受電コイル131、受電回路132、充放電制御回路133、および2次電池134を、一体に1つの容器に収容し、または熱硬化性の合成樹脂などを用いて一体にモジュール化したものである。
また、携帯電話のケース31内には、携帯電話本体12を構成する各種の電子回路の構成部品を搭載した回路基板33が収容されている。
受電装置13の2次電池134を、送電装置11を用いて充電する場合について説明する。この場合には、受電装置13の受電コイル131を送電装置11の送電コイル113に接近させて、両コイル131、113を電磁結合する状態にさせる。このときには、送電コイル113と受電コイル131とは、例えば図3または図4に示す状態になる。
この充電時には、送電コイル113と受電コイル131には磁界や電界が発生し、その不要輻射がある。しかし、図3に示すように、磁性シート113b、131bは、平面渦巻き型コイル113a、131aが発生する磁界による不要輻射を抑制し、金属シート113c、131cは、平面渦巻き型コイル113a、131aが発生する電界による不要輻射を抑制する。
このようにして、2次電池134に充電が終了した場合には、受電装置13の受電コイル131を送電装置11の送電コイル113から離し、これにより、携帯電話本体12は、その充電された2次電池134を電源として使用できる。
本発明の非接触電力伝送装置の第2実施形態の構成について、図5を参照しながら説明する。
そして、送電装置11は、送電・受電兼用装置14または受電装置13と電磁的に結合することにより非接触電力伝送装置をそれぞれ形成し、送電・受電兼用装置14と結合した場合にはそれに含まれる2電池を充電でき、受電装置13と結合した場合にはそれに含まれる2次電池を充電できるようになっている。また、送電・受電兼用装置14は、受電装置13と電磁的に結合することにより非接触電力伝送装置を形成し、このときには受電装置13に含まれる2電池を充電できるようになっている。
送電装置11および受電装置13は、図1に示す送電装置11および受電装置13と同様に構成されるので、同一の構成要素には同一符号を付して、ここではその構成の説明は省略する。
送電・受電兼用装置14は、図5に示すように、送電回路141と、受電回路142と、2次電池143と、充放電制御回路144と、送電・受電コイル145と、切り換えスイッチSW1〜SW3と、設定器146と、制御回路147と、表示器148とを備えている。
送電回路141は、動作時に、2次電池143から供給される直流電圧を使用して所定の周波数の交流電圧を生成し、この生成した交流電圧を送電・受電コイル145に供給する回路である。受電回路142は、送電・受電コイル145が送電装置11の送電コイル113と電磁結合して送電装置11から電力が送電される場合に、送電・受電コイル145に誘起される交流電圧を整流して直流電圧を生成する回路、すなわち交流−直流変換回路である。受電回路142で生成される直流電圧は、充放電制御回路144を介して2次電池143に供給され、2次電池143を充電するようになっている。
図5に示す送電コイル113および受電コイル131は、図3に示す第1実施形態の送電コイル113および受電コイル131と同様に構成される。また、図5に示す送電・受電コイル145は、例えば図3に示す送電コイル113または受電コイル131と同様に構成される。
次に、このような構成からなる第2実施形態の動作例について、図5を参照して説明する。
まず、携帯電話本体15に搭載される送電・受電兼用装置14の2次電池143を、送電装置11を用いて充電する場合について説明する。この場合には、送電・受電兼用装置14の送電・受電コイル145を送電装置11の送電コイル113に接近させて、両コイル145、113が電磁結合する状態にさせる。
また、この充電時には、送電コイル113と送電・受電コイル145により磁界や電界が生成され、その不要輻射がある。しかし、このときには、送電コイル113と送電・受電コイル145とは、上記のように図3に示す送電コイル113および受電コイル131と同様に構成される。このため、送電コイル113と送電・受電コイル145は、図3に示す送電コイル113および受電コイル131と同様に、コイルが発生する磁界や電界による不要輻射を抑制できる。
次に、携帯電話本体12に搭載される受電装置13の2次電池134が使用不能となり、その2次電池134の充電を、携帯電話本体15に搭載される送電・受電兼用装置14を用いて充電する場合について説明する。
また、この充電時には、受電コイル131と送電・受電コイル145により磁界や電界が生成され、その不要輻射がある。しかし、このときには、受電コイル131と送電・受電コイル145とは、上記のように図3に示す送電コイル113および受電コイル131と同様に構成される。このため、、受電コイル131と送電・受電コイル145は、図3に示す送電コイル113および受電コイル131と同様に、コイルが発生する磁界や電界による不要輻射を抑制できる。
以上説明したように、この第2実施形態では、非接触電力伝送に使用される送電コイル113、送電・受電コイル145、および受電コイル131が平面コイルからり、使用の際には、そのうちの2つのコイルにより変圧器が形成されるが、その変圧器を形成するコイルからの磁界や電界による不要輻射を抑制でき、かつ、電力伝送の効率化を図ることができる。
このため、第2実施形態によれば、受電装置13を搭載する携帯電話が使用不能になっても、送電・受電兼用装置14を搭載する携帯電話を使用して受電装置13の2次電池134を充電できるので、非常に便宜である。
(その他の実施形態)
第1実施形態では、図2および図3に示すように、送電コイル113は、平面渦巻き型コイル113a、磁性シート113b、および金属シート113cから構成し、受電コイル131は、平面渦巻き型コイル131a、磁性シート131b、および金属シート131cから構成するようにした。しかし、送電コイル113および受電コイル131は、金属シート113c、131cをそれぞれ省略するようにしても良い。
また、第1実施形態では、受電装置13は、構成要素である受電コイル131、受電回路132、充放電制御回路133、および2次電池134を一体化し、受電装置モジュールとして形成するようにしたが、この一体化は少なくとも受電コイル131と2次電池134であれば良い。
Claims (10)
- 第1コイルを含む送電装置と、第2コイルおよび2次電池を含む受電装置とを備え、
前記送電装置は、前記第1コイルが前記第2コイルと電磁結合するときに、前記第1コイルに供給する交流を生成する送電手段を有し、
前記受電装置は、前記第2コイルが前記第1コイルと電磁結合するときに、前記第2コイルに誘起される交流を直流に変換し、この変換された直流により前記2次電池の充電を行う受電手段を有し、
さらに、前記第1コイルおよび前記第2コイルは、渦巻き状であってその平面が対向するようになっている第1平面コイルおよび第2平面コイルからなり、
かつ、前記第1平面コイルおよび前記第2平面コイルは、その両者が対向する面の反対側の面に、磁性シートをそれぞれ設けたことを特徴とする非接触電力伝送装置。 - 前記第1平面コイルおよび前記第2平面コイルに設けた各磁性シートの外側面に、さらに、金属シートをそれぞれ重ねて設けたことを特徴とする請求項1に記載の非接触電力伝送装置。
- 前記受電装置を構成する前記第2コイル、前記受電手段、および前記2次電池のうち、少なくとも前記第2コイルと前記2次電池を一体化したことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の非接触電力伝送装置。
- 前記受電装置を構成する前記第2コイル、前記受電手段、および前記2次電池のうち、少なくとも前記第2コイルと前記2次電池は、所定のケース内に収容し又は固形化するようにしたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の非接触電力伝送装置。
- 前記受電装置は、携帯電話に搭載させたことを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちのいずれか1の請求項に記載の非接触電力伝送装置。
- 第1コイルを含む送電装置と、第2コイルおよび第1の2次電池を含む送電・受電兼用装置と、第3コイルおよび第2の2次電池を含む受電装置とを備え、
前記送電装置は、
前記第1コイルが前記第2コイルまたは前記第3コイルと電磁結合するときに、前記第1コイルに供給する交流を生成する送電手段を有し、
前記送電・受電兼用装置は、
前記第2コイルが前記第3コイルと電磁結合するときに、前記第1の2次電池を電源として用いて前記第2コイルに供給する交流を生成する送電手段と、
前記第2コイルが前記第1コイルと電磁結合するときに、その第2コイルに誘起される交流を直流に変換し、この変換された直流により前記第1の2次電池の充電を行う受電手段とを有し、
前記受電装置は、
前記第3コイルが前記第1コイルまたは前記第2コイルと電磁結合するときに、その第3コイルに誘起される交流を直流に変換し、この変換された直流により前記第2の2次電池の充電を行う受電手段を有し、
さらに、前記第1コイル、前記第2コイル、および前記第3コイルは、渦巻き状であってその平面が相互に対向するようになっている第1平面コイル、第2平面コイル、および第3平面コイルからなり、
かつ、前記第1平面コイル、第2平面コイル、および前記第3平面コイルは、それぞれ対向する面の反対側の面に、磁性シートを設けたことを特徴とする非接触電力伝送装置。 - 前記第1平面コイル、前記第2平面コイル、および前記第3平面コイルに設けた各磁性シートの外側面に、さらに、金属シートをそれぞれ重ねて設けたことを特徴とする請求項6に記載の非接触電力伝送装置。
- 前記送電・受電兼用装置を構成する前記第2コイル、前記送電手段、前記受電手段、および前記第1の2次電池のうち、少なくとも前記第2コイルと前記第1の2次電池を一体化し、
かつ、前記受電装置を構成する前記第3コイル、前記受電手段、および前記第2の2次電池のうち、少なくとも前記第3コイルと前記第2の2次電池を一体化したことを特徴とする請求項6または請求項7に記載の非接触電力伝送装置。 - 前記送電・受電兼用装置を構成する前記第2コイル、前記送電手段、前記受電手段、および前記第1の2次電池のうち、少なくとも前記第2コイルと前記第1の2次電池は、所定のケース内に収容し又は固形化するようにし、
かつ、前記受電装置を構成する前記第3コイル、前記受電手段、および前記第2の2次電池のうち、少なくとも前記第3コイルと前記第2の2次電池は、所定のケース内に収容し又は固形化するようにしたことを特徴とする請求項6または請求項7に記載の非接触電力伝送装置。 - 前記送電・受電兼用装置および前記受電装置は、それぞれ携帯電話に搭載させたことを特徴とする請求項6乃至請求項9のうちのいずれか1の請求項に記載の非接触電力伝送装置。
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