JP2008167582A - Non-contact power transmission device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、携帯機器等の電子機器に内蔵された二次電池を無接点で充電するための非接触電力伝送装置に関する。 The present invention relates to a non-contact power transmission device for charging a secondary battery built in an electronic device such as a portable device without contact.
非接触電力伝送システムにおいて、充電用の送電コイルを内蔵した充電装置本体と、充電用の受電コイルを内蔵した携帯機器を着脱自在に搭載するための本体の一部に形成された支持台において、充電装置は携帯機器が支持台の所定の位置に搭載されたことをを認識してから電力伝送を開始しないと安全上好ましくない。例えば、図6(a)に示すようにコイン等の金属片が送電コイルL1上の近傍にある場合、常に電力伝送していたら、電磁誘導の原理で金属片が発熱して危険である。 In a non-contact power transmission system, in a support base formed in a part of a main body for detachably mounting a charging device main body incorporating a power transmission coil for charging and a portable device incorporating a power receiving coil for charging, If the charging device does not start power transmission after recognizing that the portable device is mounted at a predetermined position of the support base, it is not preferable for safety. For example, as shown in FIG. 6A, when a metal piece such as a coin is in the vicinity of the power transmission coil L1, if the electric power is always transmitted, the metal piece generates heat due to the principle of electromagnetic induction, which is dangerous.
このような金属片による発熱を回避するため特許文献1は、図6(b)に示すように、携帯機器20の据置型充電装置10における支持台11の形状を工夫して、金属片が支持台上に金属片xが載ったとしても、送受電コイルL1、L2の配置が斜めになるように携帯機器20を搭載することによって回避するようにしていた。しかしながら、金属片xが載ったことにより送電コイルL1と受電コイルL2の位置ずれにより充電効率が悪くなると共に充電時間が長くなると言う問題がある、また、充電装置の設計上の制約が増えて、設計が困難となる問題があった。
In order to avoid such heat generation by the metal piece,
また、特許文献2は送電側回路に送電コイルと検出コイル備え、検出コイルに発生する起電力により充電負荷の変動を検知し、充電負荷が所定のパターンで変動したことを検知したときに限り、送電コイルの出力を強磁界に変化させる。受電側回路は受電コイルと二次電池を充電するための制御素子を備え、充電開始時に制御素子をオンオフして、充電負荷を所定のパターンで変動させる機能を備えたもので、金属片等の異物が載った状態の充電負荷を認識し、充電コイルの出力を制御するようにしていた。しかしながら、携帯機器等に用いられる受電側回路に複雑な回路を設けると共に不要なエネルギーを消費するため電池寿命を短くする等経済的でない。
Further,
このように、引用文献1では携帯機器を斜めに搭載するだけであり、金属片が送電コイル近辺に付着し場合、やはり、金属片が発熱して危険である。また、引用文献2では、携帯機器側に複雑な回路を設けるために無駄なエネルギーを消費するといった課題がある。
Thus, in
本発明は、上記課題を解決するために成されたもので、携帯機器側には複雑な回路を設けることなく、携帯機器の充電には支障なく、しかも、コイン等の金属片を発熱させることのない。また、携帯機器が載置されていないときの待機電力を抑制した非接触電力伝送装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and does not provide a complicated circuit on the portable device side, does not hinder charging of the portable device, and heats a metal piece such as a coin. There is no. Moreover, it aims at providing the non-contact electric power transmission apparatus which suppressed the standby | standby electric power when the portable apparatus is not mounted.
本発明に係る非接触電力伝送装置は、充電用の送電コイルを内蔵した充電装置本体と、充電用の受電コイルを内蔵した携帯機器を着脱自在に搭載するための前記本体の一部に形成された支持台とを備え、前記送電コイルから前記受電コイルに電磁誘導を用いて非接触で電力伝送する非接触電力伝送装置において、前記携帯機器に永久磁石を設け、前記支持台に前記永久磁石と対向する位置に磁界検出素子を設け、前記永久磁石と前記磁界検出素子を1組とし、複数組設け、複数の磁界検出素子が永久磁石の磁界を検出した時のみ、即ち、携帯機器が支持台の所定の位置に正しく載置されたことを検出し、前記送電コイルから前記受電コイルに電力伝送することを特徴とする。
また、前記複数の永久磁石を携帯機器の底面および底面以外の他面に間隔を置いて配置し、前記支持台側には前記携帯機器の永久磁石と対向した位置に磁界検出素子を複数配置する。また、前記磁界検出素子はホール素子を内蔵したホールICからなることを特徴とする。
A non-contact power transmission device according to the present invention is formed in a part of the main body for detachably mounting a charging device main body incorporating a charging power transmission coil and a portable device incorporating a charging power receiving coil. A non-contact power transmission device that transmits power from the power transmission coil to the power reception coil in a non-contact manner using electromagnetic induction, wherein a permanent magnet is provided in the portable device, and the permanent magnet is mounted on the support base. A magnetic field detection element is provided at an opposing position, the permanent magnet and the magnetic field detection element are set as one set, and a plurality of sets are provided, and only when the plurality of magnetic field detection elements detect the magnetic field of the permanent magnet, It is detected that the device is correctly placed at a predetermined position, and power is transmitted from the power transmission coil to the power reception coil.
Further, the plurality of permanent magnets are arranged at intervals on the bottom surface of the portable device and other surfaces other than the bottom surface, and a plurality of magnetic field detection elements are arranged on the support base at positions facing the permanent magnets of the portable device. . Further, the magnetic field detection element is composed of a Hall IC incorporating a Hall element.
本発明に係る非接触電力伝送装置においては、充電装置本体の支持台にコイン等の金属片が付着したとき、即ち、携帯機器が正常な状態で載置できない状態では、複数組の磁界検出素子と永久磁石との関係により一部または複数の永久磁石の磁界を検知できないことから、磁界検出素子に接続されたスイッチ回路が動作せず、送電コイルから受電コイルに電力を伝送することがない。そのため発熱の危険はない。また、携帯機器が載置されてない場合は、1つ目の磁界検出素子のみの駆動に必要な微弱な待機電力であるから経済的である。さらに、携帯機器側においては微小で軽い複数の永久磁石を用いることで不要な電力を必要とせず、内蔵された二次電池を有効に用いることができる。 In the non-contact power transmission device according to the present invention, when a metal piece such as a coin adheres to the support base of the charging device body, that is, when the portable device cannot be placed in a normal state, a plurality of sets of magnetic field detection elements Since the magnetic field of some or a plurality of permanent magnets cannot be detected due to the relationship between the magnetic field detecting element and the permanent magnet, the switch circuit connected to the magnetic field detecting element does not operate and power is not transmitted from the power transmitting coil to the power receiving coil. Therefore there is no danger of heat generation. Further, when no portable device is placed, it is economical because it is weak standby power necessary for driving only the first magnetic field detection element. Further, on the mobile device side, by using a plurality of minute and light permanent magnets, unnecessary power is not required, and the built-in secondary battery can be used effectively.
以下、図1、図2に示した実施形態を参照して、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in FIGS.
図1、図2は、本発明に係る非接触電力伝送装置の一実施形態を示すブロック図である。
図1、図2に示す非接触電力伝送装置は、充電用の送電コイルL1を内蔵した充電装置本体10と、充電用の受電コイルL2を内蔵した携帯機器20を着脱自在に搭載するための支持台11(図6参照)が形成されている。
ここで、図6(b)に示すように携帯機器の受電コイルL2は背面に設設されているが、図6(a)に示すように底面に配設してもよい。同様に、送電コイルL1は携帯機器20の受電コイルL2と対向する支持台上に配設される。
1 and 2 are block diagrams showing an embodiment of a non-contact power transmission apparatus according to the present invention.
The contactless power transmission device shown in FIG. 1 and FIG. 2 is a support for detachably mounting a
Here, the power receiving coil L2 of the portable device is provided on the back as shown in FIG. 6B, but may be provided on the bottom as shown in FIG. 6A. Similarly, the power transmission coil L1 is disposed on a support base that faces the power reception coil L2 of the
図1に示す非接触電力伝送装置は、充電装置本体10に、充電用の送電コイルL1を含む電力伝送回路1と電力伝送回路1に入力電源Vinをオンオフする第1のスイッチ回路S1と第2のスイッチ回路S2とが直列に接続されている。第1のスイッチ回路S1は磁界検出素子であるホール素子を内蔵した第1のホールIC IC1の出力端子Outからの出力信号によりオンオフ制御される。第2のスイッチ回路S2は磁界検出素子であるホール素子を内蔵した第2のホールIC IC2の出力端子Outからの出力信号によりオンオフ制御される。この第1のホールIC IC1および第2のホールIC IC2は携帯機器20の底面を支える支持台11面上(図6(b)のa、b)または背面(図6(b)のc)に組み込んである。なお、電力伝送回路1は送受信コイルL1、L2と並列に共振コンデンサC1、C2を備えている。
The contactless power transmission device shown in FIG. 1 includes a charging device
携帯機器20には、送電コイルL1から電力を電磁誘導によって受電する受電コイルL2を備え、二次電池Bを充電する充電回路2を備えると共に主目的とする他の回路(図示せず)を備えている。さらに、携帯機器20には、充電装置本体10である支持台11に組み込まれた第1、第2のホールIC IC1、IC2と対向する携帯機器20の筐体の底面(図6(b)のa、b)または背面(図6(b)のc)に永久磁石M1、M2を組み込んである。
充電器本体10の支持台11に組み込まれた2箇所のホールIC IC1、IC2と携帯機器に組み込まれた2箇所の永久磁石M1、M2が近接したとき、即ち、携帯機器20が支持台11に所定の状態で正しく載置されたとき2箇所のホールICは永久磁石の磁界を検出し、第1、第2のスイッチ回路S1、S2をオン状態にし、電力伝送回路1を動作させ送電コイルから受電コイルに電力を供給し、平滑回路を介して内蔵された二次電池を充電する。
The
When the two Hall ICs IC1 and IC2 incorporated in the
図2に示す非接触電力伝送装置は、充電装置本体10に、充電用の送電コイルL1を含む電力伝送回路1と電力伝送回路1に入力電源Vinをオンオフする第1のスイッチ回路S1と電力伝送回路1のスイッチング素子Q1をオンオフする第2のスイッチ回路S2を備えている。第1のスイッチ回路S1は磁界検出素子であるホール素子を内蔵した第1のホールIC IC1の出力端子Outからの出力信号によりオンオフ制御される。第2のスイッチ回路S2は磁界検出素子であるホール素子を内蔵した第2のホールIC IC2の出力端子Outからの出力信号によりオンオフ制御される。この第1のホールIC IC1および第2のホールIC IC2は携帯機器20の底面を支える支持台11面上(図6(b)のa、b)または背面(図6(b)のc)に組み込んである。なお、電力伝送回路1は送受信コイルL1、L2と並列に共振コンデンサC1、C2を備えている。
The non-contact power transmission device shown in FIG. 2 includes a
携帯機器20には、送電コイルL1から電力を電磁誘導によって受電する受電コイルL2を備え、二次電池Bを充電する充電回路2を備えると共に主目的とする他の回路(図示せず)を備えている。さらに、携帯機器20には、充電装置本体10である支持台11に組み込まれた第1、第2のホールIC IC1、IC2と対向する携帯機器20の筐体の底面(図6(b)のa、b)または背面(図6(b)のc)に永久磁石M1、M2を組み込んである。
充電器本体10の支持台11に組み込まれた2箇所のホールIC IC1、IC2と携帯機器に組み込まれた2箇所の永久磁石M1、M2が近接したとき、即ち、携帯機器20が支持台11に所定の状態で正しく載置されたとき2箇所のホールICは永久磁石の磁界を検出し、第1、第2のスイッチ回路S1、S2をオン状態にし、電力伝送回路1を動作させ送電コイルから受電コイルに電力を供給し、平滑回路を介して内蔵された二次電池を充電する。
The
When the two Hall ICs IC1 and IC2 incorporated in the
ここで、例えば、コイン等の金属片が支持台に付着した場合、付着したことにより支持台と携帯機器間に隙間ができ、即ち、携帯機器が浮いた状態となり、1箇所または2箇所のホールICが永久磁石の磁界を検出できず、充電器本体から携帯機器に電力伝送されることはない。
このように、本発明に係る非接触電力伝送装置では、複数のホールICと永久磁石を組み合わせて複数のスイッチ回路をオンオフすることにより、1箇所のホールICが永久磁石の磁界を検知したとしても他の箇所のホールICが永久磁石の磁界を検知しない限り、複数のスイッチ回路はオンせず、電力伝送回路は動作を開始しない。そのために、不要な電力を供給することなく、金属片による発熱も起こらない。なお、ホールICと永久磁石の組み合わせを増やすことは誤作動の危険性は少なくなるが、支持台と携帯機器との載置による実用性が低くなることから、2組または3組程度が好ましく回路構成および用途によってはさらに組数を増やしてもよい。
Here, for example, when a metal piece such as a coin adheres to the support base, the attachment causes a gap between the support base and the mobile device, that is, the mobile device is in a floating state, and the one or two holes are provided. The IC cannot detect the magnetic field of the permanent magnet, and power is not transmitted from the charger body to the portable device.
Thus, in the non-contact power transmission device according to the present invention, even if one Hall IC detects the magnetic field of the permanent magnet by combining a plurality of Hall ICs and permanent magnets to turn on and off the plurality of switch circuits. Unless the Hall ICs at other locations detect the magnetic field of the permanent magnet, the plurality of switch circuits are not turned on, and the power transmission circuit does not start operation. Therefore, heat is not generated by the metal piece without supplying unnecessary power. Increasing the number of combinations of Hall ICs and permanent magnets reduces the risk of malfunction, but the practicality due to the mounting of the support base and the portable device decreases. Depending on the configuration and application, the number of sets may be further increased.
図3に、本発明に係る非接触電力伝送装置の一実施形態おける図1に示したブロック図の充電装置本体10の実施例の回路図を示す。
図3は、自励発振回路を用いた電力伝送回路1と、電力伝送回路1の入力電源をオンオフする第1のスイッチ回路S1と第2のスイッチ回路S2を備える。第1のスイッチ回路S1はホールIC IC1の出力端子Outからの出力信号によってオンオフされ、第2のスイッチ回路S2はホールIC IC2の出力端子Outからの出力信号によってオンオフされる。
FIG. 3 shows a circuit diagram of an example of the charging device
3 includes a
ここで、抵抗R10、R11はホールIC IC1の駆動電圧Vccを生成する分割抵抗であり、R6、R7はホールIC IC2の駆動電圧Vccを生成する分割抵抗である。また、第1のスイッチ回路S1はスイッチング素子としてMOSFETQ4を備え、抵抗R8とR9はバイアス抵抗である。第2のスイッチ回路S2はスイッチング素子としてMOSFETQ5を備え、抵抗R12とR13はQ5のバイアス抵抗である。 Here, the resistors R10 and R11 are divided resistors that generate the drive voltage Vcc of the Hall IC IC1, and R6 and R7 are divided resistors that generate the drive voltage Vcc of the Hall IC IC2. The first switch circuit S1 includes a MOSFET Q4 as a switching element, and the resistors R8 and R9 are bias resistors. The second switch circuit S2 includes a MOSFET Q5 as a switching element, and resistors R12 and R13 are Q5 bias resistors.
図4に、本発明に係る非接触電力伝送装置の他の実施形態おける図2に示したブロック図の充電装置本体10の実施例の回路図を示す。
図4は、自励発振回路を用いた電力伝送回路1と、電力伝送回路1の入力電源をオンオフする第1のスイッチ回路S1と電力伝送回路1のスイッチング素子Q1をオンオフする第2のスイッチ回路S2を備える。第1のスイッチ回路S1は第1のホールIC IC1の出力端子Outからの出力信号によってオンオフされ、第2のスイッチ回路S2は第2のホールIC IC2の出力端子Outからの出力信号によってオンオフされる。
FIG. 4 shows a circuit diagram of an example of the charging device
4 shows a
ここで、抵抗R10、R11はホールIC IC1の駆動電圧Vccを生成する分割抵抗であり、R6、R7はホールIC IC2の駆動電圧Vccを生成する分割抵抗である。また、第1のスイッチ回路S1はスイッチング素子としてMOSFETQ4を備え、抵抗R8とR9はMOSFETQ4のバイアス抵抗である。第2のスイッチ回路S2はスイッチングトランジスタQ2を備え、抵抗R4とR5はスイッチングトランジスタQ2のバイアス抵抗である。 Here, the resistors R10 and R11 are divided resistors that generate the drive voltage Vcc of the Hall IC IC1, and R6 and R7 are divided resistors that generate the drive voltage Vcc of the Hall IC IC2. The first switch circuit S1 includes a MOSFET Q4 as a switching element, and resistors R8 and R9 are bias resistors of the MOSFET Q4. The second switch circuit S2 includes a switching transistor Q2, and resistors R4 and R5 are bias resistors for the switching transistor Q2.
上記のように、本発明に係る非接触電力伝送装置は携帯機器が支持台に載置されていない状態、即ち、スタンバイ状態の待機時には第1のスイッチング回路を制御する第1のホールICのみの小さな供給電力Vccであり、かつ、携帯機器が充電装置の支持台に正常にセットされた状態でなければ電力伝送(充電)を開始しないため、待機時における不要な電力損失および発熱等の危険がない。また、金属等が支持台に載ったとしても2組のホール素子と永久磁石の位置関係が異なり、電力伝送回路の動作は停止状態であり、不要な電力損失および発熱等を起こさない。 As described above, the non-contact power transmission apparatus according to the present invention includes only the first Hall IC that controls the first switching circuit in a state where the portable device is not placed on the support base, that is, in the standby state. Since power transmission (charging) is not started unless the power supply Vcc is small and the portable device is not normally set on the support base of the charging device, there is a risk of unnecessary power loss and heat generation during standby. Absent. Even if metal or the like is placed on the support base, the positional relationship between the two sets of Hall elements and the permanent magnets is different, and the operation of the power transmission circuit is in a stopped state, so that unnecessary power loss and heat generation do not occur.
なお、上記に用いたホールICは縦横3mm角、暑さ1mm程度と軽薄短小で組込みの自由度がある。また、永久磁石も径3mm以内の球形または厚みを小さくした楕円球体または角形を用いることができ組み込みの自由度が容易で、極めて軽量である。
また、2つのホールICおよび2つの永久磁石の位置関係は可能な限り離れた位置関係にすることが互いの磁界を誤って検出することをなくすことより好ましい。さらに、平面だけの位置関係でなく底面と側面(背面)等、2次元に配置することによりより誤り検出精度を上げることができ好ましい。
In addition, the Hall IC used above is 3 mm square in length and width, about 1 mm in heat, and is light, thin, small and flexible. Also, the permanent magnet can be a sphere having a diameter of 3 mm or less, an elliptical sphere having a reduced thickness, or a square, and can be easily incorporated and is extremely lightweight.
In addition, it is more preferable that the positional relationship between the two Hall ICs and the two permanent magnets be as far apart as possible so as not to erroneously detect each other's magnetic field. Furthermore, it is preferable that the error detection accuracy can be further improved by arranging two-dimensionally such as a bottom surface and a side surface (back surface) instead of only a plane.
上記ホールICは、図5(a)に示すように、ホール素子30、増幅器31、シュミット(Schmitt trigger)回路32、電源Vcc、出力側のトランジスタ33、出力抵抗34および出力端子VoutとグランドGNDで構成されている。上記ホール素子30には電流を流しており、永久磁石の磁界がホール素子30の電流と直角方向に加わるようにホールICと永久磁石とを配設する。ホール素子30には上記電流と加えられた磁界によって直角方向に電位差が生じる現象、即ち、ホール効果が生じる。この電位差を増幅器31によって増幅し、さらに、シュミット回路32で電位差にヒステリシス特性を持たせて出力端のトランジスタ33を駆動させて、ホールICの出力端子Voutから信号を出力し、この信号によってスイッチ回路を駆動するように構成されている。
As shown in FIG. 5A, the Hall IC includes a Hall element 30, an
図5(b)はホールICの磁電変換特性を示す図である。上記ホール素子30に流す電流を一定にすると、加える磁界とホール効果によって生ずる電位差とが比例関係にある。したがって、ホールICは、図に示すようにシュミット回路32で電位差にヒステリシス特性を持たせると、携帯機器20の着脱に応じて磁気スイッチとして働き、2箇所に設けたホールICと永久磁石が所定の位置に、即ち、携帯機器20が充電装置の支持台11の正常な位置に載置されたとき、第1のスイッチ回路および第2のスイッチ回路をオンして初めて電力伝送回路を作動させて、充電装置本体10から携帯機器20に電力が非接触で伝送する。
FIG. 5B is a diagram showing the magnetoelectric conversion characteristics of the Hall IC. When the current flowing through the Hall element 30 is constant, the applied magnetic field is proportional to the potential difference caused by the Hall effect. Therefore, if the Hall IC has a hysteresis characteristic in the potential difference by the
なお、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記実施例では、充電装置本体の電力伝送回路は自励発振回路を用いたが他例発振回路を用いてもよい。 In addition, each part structure of this invention is not restricted to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible within the technical scope as described in a claim. For example, in the above embodiment, the self-excited oscillation circuit is used as the power transmission circuit of the charging device body, but another example oscillation circuit may be used.
10 充電装置本体
20 携帯機器
1 電力伝送回路
2 充電回路
L1 送電コイル
L2 受電コイル
C1、C2 共振コンデンサ
B 二次電池
S1 第1のスイッチ回路
S2 第2のスイッチ回路
IC1 第1のホールIC
IC2 第2のホールIC
DESCRIPTION OF
IC2 Second Hall IC
Claims (4)
前記携帯機器に永久磁石を設け、前記支持台に前記永久磁石と対向する位置に磁界検出素子を設け、前期永久磁石と前期磁界検出素子を1組とし、複数組設け、複数の前期磁界検出素子が前記永久磁石の磁界を検出した時のみ、即ち、携帯機器が支持台の所定の位置に正しく載置されたことを検出し、前記送電コイルから前記受電コイルに電力伝送することを特徴とする非接触電力伝送装置。 A charging device main body with a built-in charging power transmission coil, and a support base formed on a part of the main body for detachably mounting a portable device with a built-in charging power receiving coil; In the non-contact power transmission device that transmits power in a non-contact manner using electromagnetic induction in the power receiving coil,
The portable device is provided with a permanent magnet, the support base is provided with a magnetic field detection element at a position facing the permanent magnet, the first permanent magnet and the first magnetic field detection element are set as one set, and a plurality of sets are provided. Only when detecting the magnetic field of the permanent magnet, that is, detecting that the portable device is correctly placed at a predetermined position of the support base, and transmitting power from the power transmission coil to the power reception coil. Non-contact power transmission device.
前記携帯機器に第1と第2の永久磁石を設け、前記支持台に第1の永久磁石と対向する位置に第1の磁界検出素子を設け、第2の永久磁石と対向する位置に第2の磁界検出素子を設け、第1と第2の磁界検出素子がそれぞれ対向する永久磁石の磁界を検出した時のみ、即ち、携帯機器が支持台の所定の位置に正しく載置されたことを検出し、前記送電コイルから前記受電コイルに電力伝送することを特徴とする非接触電力伝送装置。 A charging device main body with a built-in charging power transmission coil, and a support base formed on a part of the main body for detachably mounting a portable device with a built-in charging power receiving coil; In the non-contact power transmission device that transmits power in a non-contact manner using electromagnetic induction in the power receiving coil,
The portable device is provided with first and second permanent magnets, the support base is provided with a first magnetic field detecting element at a position facing the first permanent magnet, and a second at a position facing the second permanent magnet. Only when the first and second magnetic field detection elements detect the magnetic fields of the opposing permanent magnets, that is, when the portable device is correctly placed at a predetermined position on the support base. And a non-contact power transmission device that transmits power from the power transmission coil to the power reception coil.
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