JP2006246615A - 給電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 非接触の電磁誘導方式により給電を行う給電装置におけるキックバック電圧から、当該給電装置内の他の回路等を有効に保護することが可能な給電装置を提供することにある。
【解決手段】 非接触の電磁誘導作用により受電コイルに対して給電する給電コイル１と、給電コイル１に対して電力を印加する給電部２と、備える給電装置ＳＰにおいて、給電コイル１において発生したキックバック電圧を検出するコンパレータ６と、検出されたキックバック電圧に基づいて給電コイル１に対する電力の供給を停止させる電力供給停止部７と、を備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、給電装置の技術分野に属し、より詳細には、非接触の電磁誘導作用により受電部に対して電力を供給する給電装置の技術分野に属する。

近年、種々の表示装置に関する研究開発が盛んに行われているが、その一つとして、有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置が実用段階にまで開発されている。この有機ＥＬ表示装置は、高輝度、高精細度、高反応速度及び高視野角等の特長を有しており、次世代の表示装置として期待されている。

また、当該有機ＥＬ表示装置は、その構造上、紙のように薄く且つ曲げることも可能な表示装置として構成するがことできるという特徴点を有しており、この特徴点の応用として、ポスター等の掲示物自体を有機ＥＬ表示装置により構成することで、発光により掲示物としての視覚的な効果を格段に向上させた当該掲示物も実現可能である。

ここで、上記の如く有機ＥＬ表示装置により掲示物を構成する場合、当然ながらその掲示時において当該掲示物としての有機ＥＬ表示装置に対してその駆動のための電力を供給することが必要となる。そして、掲示物の特性として、壁などの掲示場所に対して着脱可能とする必要があることを考慮したとき、従来の方法による電力の供給として考えられるのは、上記掲示場所と掲示物夫々に電気的な接点を設け、これを介して当該掲示場所に設けられた電力供給源から当該掲示物に電力を供給する構成が考えられる。

しかしながら、このような電気的な接点を介した電力供給の場合、着脱を何度も繰り返すことで電気的な接触度が低下し（すなわち、当該接点における抵抗値が増大し）、これにより電力供給が非効率になってくる場合があるという問題点がある。また、電気的な接点の場合は金属部分が外気に露出することとなるため、腐食又は錆び等の問題から、屋外の掲示物に対する給電には採用できないという問題点もある。

そこで、このような問題点に鑑み、上述した発光式の掲示物に対する給電方法として、従来の電気的な接点を用いる方法ではなく、電磁誘導作用を用いた非接触式の給電方法が検討されている。すなわち、掲示物としての有機ＥＬ表示装置の裏面に受電コイルを設けると共に、その掲示物が掲示される壁等の範囲内の上記受電コイルが対向する位置に給電コイルを設け、この給電コイルに電流を流すことで電磁誘導作用によりその給電コイルに対向する位置にある受電コイルに誘導電流を生じさせ、この誘導電流により当該受電コイルに接続された掲示物としての有機ＥＬ表示装置を駆動する（或いはその駆動用の蓄電池を充電する）のである。

ここで、上述した対向する受電コイル及び給電コイルを用いた電磁誘導作用による非接触式の給電方法の場合、給電コイル側において、原理的にいわゆるキックバック電圧が発生する場合があるという問題点がある。

すなわち、図５（ａ）に示す連続するパルス状の電流（電圧値Ｖd）を給電コイルに流すことで受電コイルに対する電磁誘導作用による給電を行う場合、インダクタンス成分を含む当該給電コイルが直前のパルス状電流により充電されることで、次のパルス状電流が印加されるときに当該給電コイルは既にある程度の電圧を有していることになる。そしてこの場合に、受電コイルが所定の位置に配置されている通常の給電状態であれば、たとえパルス状電流を印加する時点で既にある程度の電圧を当該給電コイルが有していても、その電圧の一部が受電コイルの充電用に消費されることから、当該給電コイルに発生するキックバック電圧Ｖkはそれほど大きいものとはならない（図５（ｂ）参照）。

しかしながら、このとき、受電コイルを備える掲示物が掲示されておらず、その結果給電コイルに対向する受電コイルが存在しない場合では、直前のパルス状電流によるキックバック電圧Ｖkを消費する相手方の受電コイルが存在しないことから、給電コイル自体が高電圧となり、結果として、次のパルス状電流を給電コイルに流すタイミングにおいて当該高電圧がキックバック電圧としてそのまま給電コイルに電流を供給する供給回路に直接印加されてしまうのである（図５（ｃ）参照）。

このとき、図５（ｃ）に例示する場合のキックバック電圧の値として具体的には、上記供給回路としての電源電圧が１５ボルトであるときに百数十ボルトに達する場合もあり、結果として当該供給回路自体を破壊してしまう場合があるのである。

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みて為されたもので、その課題は、非接触の電磁誘導方式により給電を行う給電装置におけるキックバック電圧から、当該給電装置内の他の回路等を有効に保護することが可能な給電装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、非接触の電磁誘導作用により受電部に対して給電する給電コイルと、当該給電コイルに対して電力を印加するトランジスタ等の印加手段と、を含む給電部を備える給電装置において、前記給電コイルにおいて発生したキックバック電圧を検出するコンパレータ等の検出手段と、前記検出されたキックバック電圧に基づいて、前記印加手段による前記給電コイルに対する前記電力の供給を停止させる電源供給停止部等の停止手段と、を備える。

よって、給電コイルにおいてキックバック電圧が発生したことが検出されたとき、印加手段による給電コイルに対する電力供給を停止させるので、高電圧のキックバック電圧が発生したとしても、当該キックバック電圧から給電装置を効果的に保護することができる。

上記の課題を解決するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の給電装置において、前記検出手段は、前記給電コイルと前記印加手段との間に接続されている。

よって、印加手段と給電コイルとの間に検出手段が接続されているので、給電装置としての最終出力段に検出手段が接続されていることにより、印加手段を含めて給電装置全体を効果的にキックバック電圧から保護することができる。

上記の課題を解決するために、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の給電装置において、前記検出手段は、前記キックバック電圧により充電される被充電手段と、前記充電により上昇した前記被充電手段の電圧が予め設定された閾値電圧を越えたか否かを検出する比較手段と、を備え、前記停止手段は、前記被充電手段の電圧が前記閾値電圧を超えたとき、前記印加手段による前記給電コイルに対する前記電力の供給を停止させるように構成される。

よって、被充電手段と比較手段とにより検出手段が構成されているので、キックバック電圧の発生を瞬時に検出して給電コイルに対する電力供給を停止させることで、より安全に給電装置を保護することができる。

上記の課題を解決するために、請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の給電装置において、前記受電部は、掲示物に設けられる薄型の受電コイルを備え、前記給電コイルは、前記掲示物が掲示されたとき、前記受電コイルに対向する位置に配置されている。

よって、非接触の電磁誘導作用により掲示物に対する給電を行う場合でも、効果的に給電装置を保護することができる。

以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、給電コイルにおいてキックバック電圧が発生したことが検出されたとき、印加手段による給電コイルに対する電力供給を停止させるので、高電圧のキックバック電圧が発生したとしても、当該キックバック電圧から給電装置を効果的に保護することができる。

従って、給電装置の保護を万全として長寿命の非接触型電力伝送システムを実現することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、印加手段と給電コイルとの間に検出手段が接続されているので、給電装置としての最終出力段に検出手段が接続されていることにより、印加手段を含めて給電装置全体を効果的にキックバック電圧から保護することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加えて、被充電手段と比較手段とにより検出手段が構成されているので、キックバック電圧の発生を瞬時に検出して給電コイルに対する電力供給を停止させることで、より安全に給電装置を保護することができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、非接触の電磁誘導作用により掲示物に対する給電を行う場合でも、効果的に給電装置を保護することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について、図１乃至図４を用いて説明する。なお、以下に説明する実施形態は、ポスターとして用いられる有機ＥＬディスプレイ（以下、単にディスプレイと称する）に対して、当該ディスプレイが掲示される壁側からその駆動用の電力を供給する給電装置に対して本発明を適用した場合の実施の形態である。

また、図１は実施形態に係る給電装置を含む電力伝送システムの概要を示す外観斜視図であり、図２は当該電力伝送システムの構成を示すブロック図であり、図３及び図４は当該電力伝送システムの構成を具体的に例示する回路図である。

図１に示すように、実施形態に係る電力伝送システムＳは、ディスプレイ４０と、駆動部３０と、受電部２０と、受電コイル１０と、により構成される掲示物Ｐと、当該掲示物Ｐが掲示される壁Ｗの掲示範囲ＰＳにおける上記受電コイル１０等が位置すべき位置に形成された実施形態に係る給電装置ＳＰと、により構成されている。

また、給電装置ＳＰは、給電コイル１と、給電部２と、検出部３と、により構成されており、上記掲示物Ｐを壁Ｗの掲示範囲ＰＳ内に掲示する場合は、給電コイル１と受電コイル１０とが平行に対向し且つ例えば２ミリメートル程度の距離に近接するように掲示物Ｐが掲示される。

次に、具体的な構成について、図２を用いて説明する。

図２に示すように、実施形態に係る給電装置ＳＰは、例えば交流１００ボルトの電力が供給される図示しないメス型プラグ（壁側コンセント）に差し込まれるオス型プラグ１００と、電源部Ｂと、給電装置ＳＰを構成する上記給電部２、検出部３及び給電コイル１と、により構成されている。

この構成において、オス型プラグ１００に対して上記メス型プラグから交流電流Ｓ_１００が供給されると、実際にはいわゆるＡＣアダプタ等として構成される電源部Ｂは、当該交流電流Ｓ_１００を例えば直流１２ボルトの電源電流に変換し、電源信号Ｓbとして給電部２に出力する。

一方、後述するフォトリフレクタ等により構成される検出部３は、給電コイル１と受電コイル１０とが平行に対向する位置に掲示物Ｐが存在している（掲示されている）か否かを光学的に検出し、当該掲示物Ｐがその位置にあることを示す検出信号Ｓdを生成して給電部２に出力する。

これにより、給電部２は、電源信号Ｓbを予め設定された周波数（例えば２０キロヘルツ）を有するパルス状の給電信号Ｓsに変換し、検出部３から上記検出信号Ｓdが出力されているときのみ、すなわち、検出部３において、掲示物Ｐが上記所定の位置（給電コイル１と受電コイル１０とが平行に対向する位置）に掲示されていることが確認されたときのみ上記給電信号Ｓsを給電コイル１に供給する。

一方、実施形態に係る掲示物Ｐは、上記受電コイル１０、受電部２０、駆動部３０及びディスプレイ４０により構成されている。

この構成において、受電コイル１０は、掲示物Ｐが上記所定の位置に掲示された状態では給電コイル１と近接・平行に対向する位置にあり、これにより当該受電コイル１０との間に電磁誘導回路が構成される。そして、この状態で給電コイル１に対して上記給電信号Ｓsが供給されると、その大きさに対応した誘導起電力が受電コイル１０に発生することで当該受電コイル１０から受電部２０に対して受電信号Ｓpsが出力される。

次に、受電信号Ｓpsが入力された受電部２０は、当該受電信号Ｓpsにおける電流及び電圧を加工し、駆動部３０に対して駆動信号Ｓrbとして出力する。

これにより、駆動部３０は、当該駆動信号Ｓrbに基づいてディスプレイ４０駆動用の駆動信号Ｓdを生成し、これを当該ディスプレイ４０に出力して掲示物としての表示を当該ディスプレイ４０上で行わせる。

次に、実施形態に係る給電装置ＳＰの具体的な回路構成並びにその機能について、図３を用いて例示しつつ説明する。

図３に示すように、電源部Ｂからの上記電源信号Ｓbが電源Ｖccとして供給される給電装置ＳＰは、コンデンサＣ１、抵抗体Ｒ１乃至Ｒ３、スイッチＳＷ２、集積回路ＩＣ１及びスイッチング用の能動素子であるトランジスタＱ１が図３に示すように接続されてなる停止手段としての電源供給停止部７と、ショットキーダイオードよりなるダイオードＤ４、抵抗体Ｒ１５及びＲ２２、電解コンデンサＣ１３及びコンデンサＣ１４が図３に示すように接続されてなる平滑回路５と、集積回路ＩＣ３、可変抵抗器ＶＲ、コンデンサＣ１及びＣ１５並びに抵抗体Ｒ１６が図３に示すように接続されてなる検出手段及び比較手段としてのコンパレータ６と、フォトリフレクタＦＲ１及びＦＲ２、集積回路ＩＣ４、トランジスタＱ５、コンデンサＣ１７乃至Ｃ１９、抵抗体Ｒ１７乃至Ｒ２１及びスイッチＳＷ３が図３に示すように接続されてなる検出部３と、を含んで構成されている。そして、当該電源供給停止部７、平滑回路５、コンパレータ６及び検出部３以外の構成部材としては、図３に示すように、電源スイッチＳＷ１と、ダイオードＤ１及びＤ２と、抵抗体Ｒ３乃至Ｒ１３と、コンデンサＣ２乃至Ｃ８、Ｃ１１及びＣ１２と、電解コンデンサＣ９及びＣ１０と、トランジスタＱ２乃至Ｑ３と、印加手段としてのトランジスタＱ４と、集積回路ＩＣ２と、が含まれている。

次に動作を説明する。

図３に示した回路構成において、給電部２としての最終出力段に接続されているトランジスタＱ４が上記給電コイル１に直接接続されており、更に当該トランジスタＱ４のドレイン端子（出力端子）には、共振用のコンデンサＣ１１を介して小容量（例えば、３９ピコファラッド）の被充電手段としてのコンデンサＣ１２の一端が接続されており、更に当該コンデンサＣ１２の他端は分圧用の抵抗体Ｒ１３を介して当該抵抗体Ｒ１３と抵抗体Ｒ１４との接続点から平滑回路５に接続されている。

ここで、掲示された掲示物Ｐが給電装置ＳＰとしての電源スイッチＳＷ１がオフとされないうちに取り外される等の理由により給電コイル１に上記キックバック電圧が発生した場合、それがトランジスタＱ４に直接印加されることとなり、これにより当該トランジスタＱ４の高圧破壊を招くことになる。

そこで、実施形態に係る給電装置ＳＰでは、トランジスタＱ４と給電コイル１との間に小容量のコンデンサＣ１２を設ける。これにより、給電コイル１に上記キックバック電圧が発生するとそれにより当該コンデンサＣ１２が充電される。

そして、当該コンデンサＣ１２が充電されると、その両端の端子電圧は上昇し、この上昇した端子電圧が分圧用の抵抗体Ｒ１３及びＲ１４並びに平滑回路５を介してコンパレータ６に入力される。これにより、当該コンパレータ６において、分圧後に入力されたコンデンサＣ１２の端子電圧と、可変抵抗器ＶＲにより予め設定されている閾値電圧と、が比較される。

これにより、コンデンサＣ１２の端子電圧が上記閾値電圧を越えたことがコンパレータ６により検出されると、その旨が直ちに電源供給停止部７に伝達され、これにより当該電源供給停止部７においてトランジスタＱ１がオフとされ、電源スイッチＳＷ１がオンとされたままの状態であっても給電部２に対する電源電力の供給が停止する。

ここで、上述してきたキックバック電圧の検出動作から電源供給停止部７による電源電力停止動作までは一瞬で実行されることとなるので、結果的に、高電圧のキックバック電圧が給電コイル１において発生してそれが逆に印加されても、上記電源供給停止部７による電源電力停止動作までが瞬時に行われることで、トランジスタＱ４を含む給電部２内の各構成素子を保護することができる。

なお、上記コンデンサＣ１２の容量につき、これを上記したように小容量としたのは、当該コンデンサＣ１２の容量が備えるべき条件として、コンデンサＣ１２による上記キックバック電圧の迅速且つ確実な検出が可能となること、及びコンデンサＣ１２の存在により給電信号Ｓsの波形に影響を及ぼさないこと、の二点を備える必要があるからである。このとき、この二つの条件を備えるのであればコンデンサＣ１２の容量を更に小さくすることも可能であるが、余りに小さいと今度は回路の浮遊容量を考慮する必要性も出てくるため、実施形態に係るコンデンサＣ１２としては、その容量を上記したように３９ピコファラッドとしている。

次に、上述した実施形態に係る給電装置ＳＰから電磁誘導作用により給電を受ける給電部２０の細部構成について、具体的に図４に例示する回路図を用いて説明する。

図４に示すように、受電コイル１０に接続された受電部２０は、ダイオードＤ１１乃至Ｄ１４がブリッジ接続されてなるブリッジ回路ＢＧと、電解コンデンサＣ３０乃至Ｃ３２と、抵抗体Ｒ３０乃至Ｒ３４と、三端子レギュレータＲＧと、表示用のダイオードＤ１０と、により構成され、受電部２０の出力端子（図４において「Ｖout」と示す）からは上記駆動信号Ｓrbとして出力されることとなる。

なお、上述した実施形態では、掲示物Ｐが本来の掲示位置から離れたことを、検出部３を用いても光学的に検出している。しかしながら、当該検出部３による検出動作の場合、本来の掲示物Ｐ以外のもの（例えば人の手や、掲示物Ｐに無関係の荷物等）が検出部３の正面の対向する位置に置かれていると、あたかも掲示物Ｐが掲示されているかのように検出してしまい、この場合に電源スイッチＳＷ１がオンとされると、本来なら掲示されているはずの掲示物Ｐが掲示されていない（すなわち、給電コイル１に対向すべき受電コイル１０が存在しない）場合であっても給電部２に対する電源電力の供給が行われてしまうことになる。そしてこのことはすなわち、上記キックバック電圧の発生を導出してしまうこととなる。

そこで、実施形態の給電装置ＳＰでは、上記検出部３による給電部２に対する電源電力の供給の停止動作に加えて、上述したコンデンサＣ１２、コンパレータ６及び電源供給停止部７の動作により、たとえ電源スイッチＳＷ１がオンとされている場合であっても給電部２に対する電源電力の供給を強制的に停止させる。

以上説明したように、実施形態に係る給電装置ＳＰの動作によれば、給電コイル１においてキックバック電圧が発生したことが検出されたとき、給電部２による給電コイル１に対する電力供給を停止させるので、高電圧のキックバック電圧が発生したとしても当該キックバック電圧から給電装置ＳＰを効果的に保護することができる。

また、トランジスタＱ４と給電コイル１との間にコンデンサＣ１２が接続されているので、給電装置ＳＰとしての最終出力段にコンデンサＣ１２が接続されていることにより、給電部２を含めて給電装置ＳＰ全体を効果的にキックバック電圧から保護することができる。

更に、コンデンサＣ１２とコンパレータ６とによりキックバック電圧が構成されているので、キックバック電圧の発生を瞬時に検出して給電コイル１に対する電力供給を停止させることで、より安全に給電装置ＳＰを保護することができる。

更にまた、非接触の電磁誘導作用により掲示物Ｐに対する給電を行う場合でも、効果的に給電装置ＳＰを保護することができる。

以上夫々説明したように、本発明は電磁誘導作用を用いた非接触の電力伝送の分野における給電装置側の保護に利用することが可能であり、特に屋外又は屋内の壁等に掲示される掲示物又は広告等の分野において、その掲示物又は広告等を電気的に駆動する場合における電力供給装置の保護に適用すれば特に顕著な効果が得られる。

実施形態に係る給電装置を含む電力伝送システムの概要を示す外観斜視図である。 実施形態に係る電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 実施形態に係る給電装置の構成を示す回路図である。 実施形態に係る受電部の構成を示す回路図である。 従来技術の問題点を説明する図であり、（ａ）は給電コイルに印加される電流の波形を例示する図であり、（ｂ）は通常の給電状態における給電コイルの電圧変化を例示する図であり、（ｃ）は受電コイルが存在しない場合における給電コイルの電圧変化を例示する図である。

符号の説明

１ 給電コイル
２ 給電部
３ 検出部
５ 平滑回路
６ コンパレータ
７ 電源供給停止部
４０ ディスプレイ
３０ 駆動部
２０ 受電部
１０ 受電コイル
１００ オス型プラグ
Ｓ 電力伝送システム
Ｐ 掲示物
Ｗ 壁
ＰＳ 掲示範囲
ＳＰ 給電装置
Ｂ 電源部
Ｓ_１００ 交流電流
Ｂ 電源部
Ｓb 電源信号
Ｓd 検出信号
Ｓs 給電信号
Ｓps 受電信号
Ｓrb 駆動信号
Ｓd 駆動信号
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１４、Ｃ１５、Ｃ１６、Ｃ１７、Ｃ１８、Ｃ１９ コンデンサ
Ｃ９、Ｃ１０、Ｃ１３、Ｃ３０、Ｃ３１、Ｃ３２ 電解コンデンサ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９、Ｒ２０、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ３０、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３、Ｒ３４ 抵抗体
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３ スイッチ
ＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３、ＩＣ４ 集積回路
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４ ダイオード
ＦＲ１、ＦＲ２ フォトリフレクタ
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５ トランジスタ
ＢＧ ブリッジ回路
ＲＧ 三端子レギュレータ
ＶＲ 可変抵抗器

Claims (4)

1. 非接触の電磁誘導作用により受電部に対して給電する給電コイルと、当該給電コイルに対して電力を印加する印加手段と、を含む給電部を備える給電装置において、
   前記給電コイルにおいて発生したキックバック電圧を検出する検出手段と、
   前記検出されたキックバック電圧に基づいて、前記印加手段による前記給電コイルに対する前記電力の供給を停止させる停止手段と、
   を備えることを特徴とする給電装置。
2. 請求項１に記載の給電装置において、
   前記検出手段は、前記給電コイルと前記印加手段との間に接続されていることを特徴とする給電装置。
3. 請求項１又は２に記載の給電装置において、
   前記検出手段は、
   前記キックバック電圧により充電される被充電手段と、
   前記充電により上昇した前記被充電手段の電圧が予め設定された閾値電圧を越えたか否かを検出する比較手段と、
   を備え、
   前記停止手段は、前記被充電手段の電圧が前記閾値電圧を超えたとき、前記印加手段による前記給電コイルに対する前記電力の供給を停止させることを特徴とする給電装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の給電装置において、
   前記受電部は、掲示物に設けられる薄型の受電コイルを備え、
   前記給電コイルは、前記掲示物が掲示されたとき、前記受電コイルに対向する位置に配置されていることを特徴とする給電装置。

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