JP2008301645A - 非接触式受電装置及びこれを具えた電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】装置構成が簡易であって、然も受電コイルの姿勢に拘わらず一定の誘起電圧を発生させることが可能な非接触式受電装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る非接触式受電装置は、給電装置から発生する平行磁界を受けて負荷６へ供給すべき電力に変換するものであって、前記平行磁界中に互いに所定の相対角度をもって配置されるべき複数の受電コイル３、３と、各受電コイル３に接続された整流回路４と、該整流回路４を経て前記複数の受電コイル３、３から得られる直流の電力を互いに加算して出力する加算回路５とを具えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話機やパーソナルコンピュータ等の各種電子機器において必要な電力を得るための非接触式の受電装置に関するものである。
従来より各種の非接触式充電装置が提案されている(特許文献１〜３参照)。この中で、１次側の給電装置から２次側の受電装置へのエネルギーの伝送を回転平行磁界によって行なうものが知られている(特許文献３等)。
例えば図１２に示す非接触式充電装置において、給電装置(８)は、交流電源(81)と、該交流電源(81)から供給される交流の電流を互いに９０度の位相差を有する２つの電流成分に分解する位相制御回路(82)と、前記２つの電流成分がそれぞれ供給されて互いに９０度の位相差の磁界Ｂｘ、Ｂｙを発生すべき２つの送電コイル(83)(83)とを具え、該２つの送電コイル(83)(83)はそれぞれのコイル軸が互いに直交する姿勢に配置されている。
一方、受電装置(９)は、給電装置(８)から発生する回転平行磁界を受けるべき受電コイル(91)と、該受電コイル(91)から得られる交流の電力を整流する整流回路(92)とを具え、該整流回路(92)から出力される直流の電力が負荷(93)へ供給される。
上記給電装置(８)の送電コイル(83)は、図１１(ａ)に示す如く、１平面上にて互いに平行に延びる複数列の導線(14)から構成され、これらの導線(14)を同一方向に電流が流れることによって、各導線(14)には、図１１(ｂ)に示す様に導線(14)を包囲する磁界が形成され、互いに隣接する２本の導線(14)(14)の間では、各導線(14)の磁界が互いに打ち消しあって、結果的に、図１１(ｃ)に示す如く複数本の導線(14)が配列されている１つの平面に平行な平行磁界が形成されることになる。
そして、２つの送電コイル(83)(83)が互いに直交する姿勢に配置されると共に、両送電コイル(83)(83)に９０度の位相差をもって電流が供給されることにより、両送電コイル(83)(83)によって形成される２つの平行磁界が互いに合成されて、前記平面上にて回転する回転平行磁界が生成されるのである。
上記給電装置(８)は、例えば図１３(ａ)(ｂ)に示す充電パッド(80)に内蔵され、該充電パッド(80)上に前記受電装置(９)を載置することによって、給電装置(８)から発生する回転平行磁界Ｂが受電コイル(91)に作用し、該受電コイル(91)に誘起電力が発生する。ここで、回転平行磁界Ｂは、充電パッド(80)と平行な面内で回転するので、図１３(ａ)の如く受電コイル(91a)が角度θだけ回転した姿勢に設置されたとしても、その後、図１３(ｂ)の如く磁界Ｂは回転によって受電コイル(91a)に対して垂直に作用することとなる。従って、受電コイル(91)の設置の向きに拘わらず、受電が可能となる。
特表２００５−５２５７０５号公報 特開２００６−３３３５５７号公報 特開２００５−３５４１９７号公報
しかしながら、従来の充電装置においては、図１２に示す如く給電装置(８)に位相制御回路(82)が必要となり、該位相制御回路(82)は複数のアクティブ回路素子から構成されるため、回路構成が複雑となる問題があった。
又、受電装置(９)の受電コイル(91)の姿勢が角度θだけ回転した場合、図１４に破線で示す如く、受電コイル(91a)に誘起される電圧の振幅はθだけ位相が遅れる(場合によっては進む)ので、受電コイル(91a)の姿勢によって任意時点における誘起電圧の大きさに差が生じ、任意時点における充電度に差が生じる問題があった。
そこで本発明の目的は、装置構成が簡易であって、然も受電コイルの姿勢に拘わらず一定の誘起電圧を発生させることが可能な受電装置及びこれを具えた電子機器を提供することである。
本発明に係る非接触式受電装置は、給電装置から発生する平行磁界を受けて負荷へ供給すべき電力に変換するものであって、前記平行磁界中に互いに所定の相対角度をもって配置されるべき複数の受電コイルと、各受電コイルに接続された整流回路と、該整流回路を経て前記複数の受電コイルから得られる直流の電力を互いに加算して出力する加算回路とを具えている。
例えば、前記受電コイルの数は２つであって、２つの受電コイルは互いに９０度若しくは約９０度の相対角度で配置されている。
或いは、前記受電コイルの数は４つであって、互いに極性が異なる２つのコイルをそれぞれのコイル軸が同軸となる様に配置して１つのコイル組を構成し、２つのコイル組が互いに９０度若しくは約９０度の相対角度で配置されている。
又、前記複数の受電コイルはそれぞれ異なるコアに巻装され、或いは同一のコアに巻装されている。
上記本発明の受電装置は、平行磁界を発生すべき給電装置と対向して設置される。尚、給電装置から発生する平行磁界は、従来の如き回転平行磁界である必要はなく、一定の向きを有する交番磁界である。この様な平行磁界が複数の受電コイルに作用すると、各受電コイルには誘起電圧が発生する。
ここで、給電装置から発生する平行磁界の向きと各受電コイルのコイル軸とが非平行であったとしても、各受電コイルには、それぞれの受電面に垂直な磁界成分が作用し、これによって各受電コイルに発生する誘起電圧、即ち各受電コイルによって検出される磁界は、元の平行磁界を分解したものと同等であるので、これらの誘起電圧を合成すれば、受電コイルのコイル軸の向きが平行磁界の向きと平行である場合に得られる誘起電圧と同じ大きさの電圧が得られる。
従って、各受電コイルから整流回路を経て得られる直流の電圧を加算回路により加算すれば、受電装置の向きに拘わらず、一定の電力を負荷に供給することが出来る。
本発明に係る電子機器は、給電装置から発生する平行磁界を受けて内蔵の二次電池へ供給すべき電力に変換する非接触式の受電装置を具え、該受電装置は、前記平行磁界中に互いに所定の相対角度をもって配置されるべき複数の受電コイルと、各受電コイルに接続された整流回路と、該整流回路を経て前記複数の受電コイルから得られる直流の電力を互いに加算して前記二次電池へ出力する加算回路とを具えている。
該電子機器によれば、受電装置から発生する一定の電力によって二次電池を充電することが出来、該二次電池の電力によって機器を動作させることが可能である。
又、本発明に係る他の電子機器は、給電装置から発生する平行磁界を受けて内蔵の電子回路へ供給すべき電力に変換する受電装置を具え、該受電装置は、前記平行磁界中に互いに所定の相対角度をもって配置されるべき複数の受電コイルと、各受電コイルに接続された整流回路と、該整流回路を経て前記複数の受電コイルから得られる直流の電力を互いに加算して前記電子回路へ出力する加算回路とを具えている。
該電子機器によれば、受電装置から発生する一定の電力を直接に電子回路へ供給して、機器を動作させることが可能である。
更に本発明に係る電池パックは、給電装置から発生する平行磁界を受けて内蔵の二次電池を充電する受電装置を具え、該受電装置は、前記平行磁界中に互いに所定の相対角度をもって配置されるべき複数の受電コイルと、各受電コイルに接続された整流回路と、該整流回路を経て前記複数の受電コイルから得られる直流の電力を互いに加算して前記二次電池へ出力する加算回路とを具えている。
該電池パックによれば、受電装置から発生する一定の電力によって二次電池を充電することが出来、各種機器の電源として利用することが可能である。
本発明に係る受電装置及びこれを具えた電子機器によれば、給電装置に回転平行磁界を発生させることなく、負荷に一定の誘起電圧を発生させることが出来るので、給電装置は単なる平行磁界を発生させるための簡易な構成でよい。尚、受電装置には複数の受電コイルと複数の整流回路が必要となるが、これらはパッシブ回路素子によって構成することが出来るので、装置構成が複雑となることはない。
以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
図１は、本発明に係る受電装置(２)を用いた電力供給装置の構成を示しており、給電装置(１)は、交流電源(11)に送電コイル(12)を接続しただけの簡易な構成を有している。ここで、送電コイル(12)は、平行磁界を発生させるための構成を有している(図１１参照)。
一方、受電装置(２)は図１の如く、２つの受電コイル(３)(３)と、各受電コイル(３)に接続された整流回路(４)と、２つの整流回路(４)(４)の出力を互いに加算する加算回路(５)とを具え、加算回路(５)から得られる直流の電力が負荷(６)へ供給される。
尚、負荷(６)は、電源となる二次電池、或いは電子機器を動作させるための電子回路である。
図２に示す如く、２つの受電コイル(３)(３)は互いに直交する向きで共通のコア(31)に巻回した構成を採用することが出来る。この場合、２つの受電コイル(３)(３)を編み込むように交互に巻回することが可能である。
或いは、図３に示す如く、２つの受電コイル(３)(３)は互いに直交する向きでそれぞれ異なるコア(31)(31)に巻回した構成を採用することが出来る。ここで２つのコア(31)(31)は同一平面上に配置されている。
或いは、２つのコア(31)(31)は図４に示す様に互いに重複させて配置することも可能である。この場合、２つの受電コイル(３)(３)のあらゆる配置角度に対しても、各コイルに誘起される電圧(絶対値)の和が一定となる巻数とする。
上述の如く、２つの受電コイル(３)(３)をそれぞれのコイル軸が互いに直交する姿勢に配置することによって、図１に示す給電装置(１)から発生する平行磁界の向きと２つの受電コイル(３)(３)のコイル軸とが互いに非平行であったとしても、受電装置(２)は、後述の如く負荷(６)に対して一定の直流電力を供給することが出来る。
例えば図５の如く、２つの受電コイル(３)(３)が平行磁界Ｂのベクトルの向きに対してある傾斜角度を有していたとしても、一方の受電コイル(３a)には、平行磁界Ｂを該受電コイル(３a)のコイル軸に沿う方向に分解した磁界成分Ｂｘが作用すると共に、他方の受電コイル(３b)には、平行磁界Ｂを該受電コイル(３b)のコイル軸に沿う方向に分解した磁界成分Ｂｙが作用するので、各受電コイル(３)には、それぞれに作用する磁界成分の大きさに応じた誘起電圧が発生することになる。
尚、ここで言う平行磁界とは、平行電流平面(図１１(ａ))が生じる磁界のことを指し、受電に必要な磁束が、送電コイル(12)の状態や送電コイル(12)からの距離によっては湾曲する可能性もあるが、その平行な成分の磁束の変化を十分に電力に変換することが出来る程度の範囲内であれば、受電に必要な磁束が湾曲することに問題はない。
ここで、各受電コイル(３)に発生する誘起電圧、即ち各受電コイルによって検出される磁界は交流であり、元の磁界を分解したものと同等であるので、各受電コイル(３)に発生した交流の誘起電圧を図１の如く整流回路(４)により整流し、これによって両整流回路(４)(４)から得られる直流の電圧を加算回路(５)により互いに加算すれば、受電コイル(３)のコイル軸が平行磁界の向きと平行である場合に得られる誘起電圧と同じ大きさの直流電圧が得られることになる。
従って、受電装置(２)から得られる電力を負荷(６)に供給すれば、受電装置(２)の姿勢に拘わらず、一定の電力によって負荷(６)となる二次電池を充電し、或いは電子回路を動作させることが出来る。
又、負荷(６)に供給される電力は時間の経過に拘わらず一定となるので、例えば二次電池を充電する場合、受電装置(２)の姿勢によって任意時点における充電度に差が生じることはない。
尚、図２に示す如く２つの受電コイル(３)(３)を共通のコア(31)に巻回した構成によれば、受電装置(２)の小型化を図ることが出来る。
又、図３に示す如く２つの受電コイル(３)(３)をそれぞれ異なるコア(31)(31)に巻回した構成によれば、装置の薄型化を図ることが出来ると共に、図２に示す構成に比べて誘起電圧の歪みが小さくなる。
更に、図４に示す如く２つのコア(31)(31)を互いに重複させて配置した構成によれば、受電コイル(３)どうしの相互干渉を防止することが出来、受電装置(２)の小型化と誘起電圧の歪みの抑制を同時に図ることが出来る。
上述の実施形態では、受電装置(２)に２つの受電コイル(３)(３)を配備しているが、図６の如く３以上の複数の受電コイル(３)を配備し、各受電コイル(３)に整流回路(４)を接続して、複数の整流回路(４)から得られる直流の電力を加算回路(５)にて加算する構成を採用することも可能である。この場合、複数の受電コイル(３)は互いに等しい角度差に配置することが好ましい。
これによって、給電装置(１)から発生する平行磁界の内、負荷(６)が必要とする電力をより効率良く受電装置(２)が受電することが出来る。
整流回路(４)の構成としては、図７に示す如く各受電コイル(３)にセンタータップを設けたセンタータップ式全波整流回路を採用することが出来る。
これによって整流回路(４)を構成するダイオードの数が減少する。
又、整流回路(４)の構成として、図８に示す如くダイオードブリッジ式全波整流回路を各受電コイル(３)に接続した構成を採用することが出来る。
これによって受電コイル(３)のインダクタンスを最大限に利用することが出来るので、同サイズのセンタータップ式全波整流回路に比べて、受信し得る電力の増大を図ることが出来る。
更に、４つの受電コイル(３)〜(３)を配備した構成においては、図９に示す様に、互いに極性が異なる２つの受電コイル(３c)(３d)をそれぞれのコイル軸が同軸となる様に配置して１つのコイル組(30)を構成し、２つのコイル組(30)(30)を互いに９０度の角度差で配置することも可能である。
図１０(ａ)(ｂ)(ｃ)は、上述の本発明に係る受電装置(２)の応用例を示している。
図１０(ａ)の応用例は、ディスプレイ(71)を具えた通信端末機(７)に受電装置(２)を内蔵して、該受電装置(２)によって内蔵の二次電池(61)を充電するものであって、充電時には、給電装置(１)を内蔵した充電用机(10)上に通信端末機(７)が載置される。
該応用例によれば、充電用机(10)から発生する平行磁界によって通信端末機(７)の二次電池(61)を充電することにより、該二次電池(61)を電源として通信端末機(７)を動作させることが出来る。
尚、該応用例によれば、二次電池(61)の充電と共に、通信端末機(７)を構成する電気部品にも給電することが可能である。
図１０(ｂ)の応用例は、ディスプレイ(71)を具えた通信端末機(７)に受電装置(２)を内蔵して、該受電装置(２)から供給される電力を直接に電子回路(70)へ供給し、通信端末機(７)を動作させるものである。
更に、図１０(ｃ)の応用例は、ディスプレイ(73)を具えた情報処理装置(72)に受電装置(２)を内蔵して、充電用机(10)から発生する平行磁界によって情報処理装置(72)を動作させ、或いは内蔵の二次電池を充電するものである。
図１０(ａ)(ｂ)(ｃ)に示す応用例によれば、充電用机(10)上の通信端末機(７)や情報処理装置(72)の向きに拘わらず、給電装置(１)から供給される電力の内、負荷(６)が必要とする電力を受電することが可能である。
尚、例えば受電コイルが１つの従来装置においては、送電側の電力が一定の場合、受電コイルの設置角度によって誘起される電力の大きさが異なり、磁界の向きとコイル軸が直交に近づくほど受電側で得られる電力が減少する。この様な場合に受電側で一定の電力を得ようとするときは、送電側の電力を増大させる必要が生じる。本発明では複数のコイルを用いることにより、従来装置で必要となる送電側の電力を増大させるための構成を付加することなく、安定した電力供給が可能となる。
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、図１０(ａ)に示す応用例では、通信端末機(７)に受電装置(２)が内蔵されているが、これに限らず、受電装置(２)は、適当なアダプターを用いて外部接続可能な構成とすることも可能である。これによって、既存の機種に対して本発明の受電装置(２)を用いた電力供給を実現することが出来、ユーザは、従来通りの充電方式と、本発明の受電装置(２)を用いた充電方式の選択が可能となる。
又、本発明は、通信端末機や情報処理装置に限らず、電源を必要とするあらゆる電子機器に実施することが出来る。
更には、二次電池を内蔵した電池パックに本発明の受電装置を配備して、該受電装置によって二次電池を充電する構成も採用可能である。
本発明に係る受電装置を用いた電力供給装置の構成を示すブロック図である。 ２つの受電コイルの配置例を示す平面図である。 ２つの受電コイルの他の配置例を示す平面図である。 ２つの受電コイルの更に他の配置例を示す平面図である。 ２つの受電コイルに作用する磁界ベクトルを示す図である。 ３以上の複数の受電コイルを配備した構成のブロック図である。 整流回路及び加算回路の具体的な回路図である。 整流回路及び加算回路の他の具体的な回路図である。 ４つの受電コイルを具えた受電装置における整流回路及び加算回路の回路図である。 本発明の各種応用例を説明する図である。 平行磁界を発生させる原理を説明する図である。 従来の電力供給装置の構成を示すブロック図である。 従来の電力供給装置における回転平行磁界の作用を説明する図である。 従来の電力供給装置における問題点を説明するグラフである。
符号の説明
(１) 給電装置
(11) 交流電源
(12) 送電コイル
(２) 受電装置
(３) 受電コイル
(31) コア
(４) 整流回路
(５) 加算回路
(６) 負荷

Claims (8)

  1. 給電装置から発生する平行磁界を受けて負荷へ供給すべき電力に変換する非接触式の受電装置において、前記平行磁界中に互いに所定の相対角度をもって配置されるべき複数の受電コイルと、各受電コイルに接続された整流回路と、該整流回路を経て前記複数の受電コイルから得られる直流の電力を互いに加算して出力する加算回路とを具えていることを特徴とする非接触式受電装置。
  2. 前記受電コイルの数は２つであって、２つの受電コイルは互いに９０度若しくは約９０度の相対角度で配置されている請求項１に記載の非接触式受電装置。
  3. 前記受電コイルの数は４つであって、互いに極性が異なる２つのコイルをそれぞれのコイル軸が同軸となる様に配置して１つのコイル組を構成し、２つのコイル組が互いに９０度若しくは約９０度の相対角度で配置されている請求項１に記載の非接触式受電装置。
  4. 前記複数の受電コイルはそれぞれ異なるコアに巻装されている請求項１乃至請求項３の何れかに記載の非接触式受電装置。
  5. 前記複数の受電コイルは同一のコアに巻装されている請求項１乃至請求項３の何れかに記載の非接触式受電装置。
  6. 給電装置から発生する平行磁界を受けて内蔵の二次電池へ供給すべき電力に変換する非接触式の受電装置を具えた電子機器において、前記受電装置は、前記平行磁界中に互いに所定の相対角度をもって配置されるべき複数の受電コイルと、各受電コイルに接続された整流回路と、該整流回路を経て前記複数の受電コイルから得られる直流の電力を互いに加算して前記二次電池へ出力する加算回路とを具えていることを特徴とする電子機器。
  7. 給電装置から発生する平行磁界を受けて内蔵の電子回路へ供給すべき電力に変換する非接触式の受電装置を具えた電子機器において、前記受電装置は、前記平行磁界中に互いに所定の相対角度をもって配置されるべき複数の受電コイルと、各受電コイルに接続された整流回路と、該整流回路を経て前記複数の受電コイルから得られる直流の電力を互いに加算して前記電子回路へ出力する加算回路とを具えていることを特徴とする電子機器。
  8. 給電装置から発生する平行磁界を受けて内蔵の二次電池を充電すべき受電装置を具えた電池パックであって、前記受電装置は、前記平行磁界中に互いに所定の相対角度をもって配置されるべき複数の受電コイルと、各受電コイルに接続された整流回路と、該整流回路を経て前記複数の受電コイルから得られる直流の電力を互いに加算して前記二次電池へ出力する加算回路とを具えていることを特徴とする電池パック。
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