JP2010154651A

JP2010154651A - 非接触電力伝送装置

Info

Publication number: JP2010154651A
Application number: JP2008329896A
Authority: JP
Inventors: Naoki Wakao; 直樹若生
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2010-07-08

Abstract

【課題】簡素な回路構成で、電力受信部及び負荷が未装着な状態における電力送信部の無駄なエネルギー消費を低減することが可能な非接触電力伝送装置を提供すること。
【解決手段】電力送信部は電力送信コイル１と電力送信コイル１に直列に挿入されたコンデンサ８と電力を供給する電力送信回路３と電力送信回路３を制御する電力送信側制御回路５とを備え、電力受信部は電力受信コイル２と負荷７に電力を供給するための電力受信回路４及び電力受信回路４を制御する電力受信側制御回路６とを備え、電力送信コイル１とコンデンサ８により直列共振回路が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、２次電池を内蔵した携帯型電子機器や接触による給電が難しい環境下で用いられる電子機器などに非接触で電力を送受信する機能を有する非接触電力伝送装置に関するものである。

近年、電子部品の小型化に伴い、携帯電話や携帯型音楽プレーヤー等に代表される携帯電子機器は、小型化や軽量化が図られ、広く普及してきている。更に近年、携帯電子機器は多機能化及び高速処理化が図られ、それに伴い電子機器が必要とする電力量が増加傾向にある。しかし、携帯電子機器は、専用のアダプターを内蔵せず、内蔵した２次電池に充電した電力により駆動されており、２次電池の電力が不足する度に２次電池を充電しなければならない。

一般的に携帯電子機器の２次電池の充電は、携帯電子機器の充電端子と充電台（クレードル）の充電端子を接触させて電気的に接続し、充電台から電力を供給して内蔵する２次電池を充電する方式がとられる。

しかしながら、充電端子同士を接触して接続する充電方式では、充電端子の汚れや、充電端子間への異物侵入により充電ができない場合があるので、最近では電磁誘導の原理を利用した非接触の電力供給による充電方式が増加している。

このような充電方式に用いられる非接触電力伝送装置は電力供給側で電力の送信を行う電力送信部と電子機器側で電力の受信を行う電力受信部とを有しており、電力送信部に電力受信部の電力受信用コイル及び負荷が装着されていないときには、電力送信部の自励発振を停止するか、又はその発振強度を低減させることが好ましい。これは、負荷部が非装着状態のままで発振を継続すると、電力送信部において電力損失が生じエネルギーが無駄になるからである。

図４に、従来の電磁誘導による非接触電力伝送装置の基本構成の一例のブロック図を示す。電力送信コイル１１と電力受信コイル１２の間は、電磁誘導による磁気結合が生じており、これにより電力の伝送が行われる。電力送信コイル１１には電力送信回路１３により電力が供給され、電力送信側制御回路１５は電力送信回路１３の発信周波数や電力を制御する回路である。電力受信コイル１２には２次電池や抵抗等からなる負荷１７が接続され、電力受信コイル１２で受けた電力は電力受信回路１４により、負荷１７に電力が供給される。電力受信回路１４は安定した電力供給が行なわれるように電力受信側制御回路１６により制御される。また、電力送信コイルには並列にコンデンサ１８が接続されている。

図５は、従来の電力伝送時と電力非伝送時のインピーダンスの変化を説明するための模式図であり、図５（ａ）は電力送信時、すなわち電力送信部へ電力受信部を装荷した場合、図５（ｂ）は電力非送信時、すなわち電力受信部が装荷されていない場合を示す。図５（ａ）に示す電力伝送時は電力送信用コイル１１と電力受信用コイル１２の間は、電磁誘導による磁気結合が生じており、図５（ｂ）に示す電力非伝送時は、電力送信コイル１１と電力受信コイル１２の間は磁気結合が無い状態である。

図６は、従来の上記の電力伝送時と電力非伝送時の電力送信コイルを含む部分のインピーダンス特性を示す図である。従来の電力送信部では電力送信コイル１１に並列にコンデンサ１８が接続されており、このコンデンサ１８と電力送信コイル１１とで並列共振回路が形成されるので、このコンデンサ１８と電力送信コイル１１を含めたインピーダンス｜Ｚ｜は、図６に示すように、共振周波数でピークとなる特性を示す。電力伝送時のインピーダンスは、電力受信コイル１２との間に磁気結合があるため、電力受信コイル１２との間に磁気結合がない電力非伝送時の場合の共振周波数ｆ１２とは異なる共振周波数ｆ１１を持ち、この周波数ｆ１１において最も電力伝送量が大きくなるため、電力送信回路１３の発信周波数をｆ１１の近傍に設定するのが一般的である。

このように発信周波数をｆ１１に固定した場合、例えば電力受信コイル１２を離すことにより電力伝送状態から電力非伝送状態に変化すると、電力送信コイルのインピーダンスはＺ１２よりＺ１１に低下し、電力送信コイル１１に流れる電流が増加してエネルギーが無駄に消費されている状況になる。更に、電流の増加により電力送信コイル１１の発熱量の増加も想定される。

これを防ぐため、従来の非接触電力伝送装置では、電力非伝送時は電力送信回路の発信を停止させるか又は発信強度を低減する方法が提案され、用いられている。

例えば、特許文献１では、電力伝送用コイルとは別に、独立した１対の信号用コイルを設け、電力送信部に電力受信部が装着されて、電力送信部と電力受信部との間の１対の電力伝送用コイルの電磁誘導により電力受信部に電力が伝送されると、この電力を用いて電力受信部の応答回路を駆動し、この応答回路から出力される応答信号を上記１対の信号用コイルにより電力受信部から電力送信部に戻して電力受信部が適正に装着されたことを検出し、この応答信号に基づき発振動作を制御するようにしたものが提案されている。

また、特許文献２に記載の装置は、電力送信部に共振周波数を検出するための検出コイルを設け、電力受信部が結合された場合の共振周波数に電力送信部の発振周波数を同調制御するものであり、電力送信部と電力受信部とのギャップが変化した場合などでも安定して電力を供給することを目的とし、比較的簡素な回路構成になっている。

特開平６−３１１６５８号公報特開平６−１７８４６４号公報

上記特許文献１に記載の装置では、電力受信部を検出するための信号用コイルや応答回路及び電力受信部からの応答信号により発振を制御するための制御回路が別途必要であるので、回路構成が複雑になり、装置のコストが上昇してしまう。

一方、特許文献２に記載の装置では、簡単な回路構成でインピーダンスの変化を小さくして安定な電力供給が行なわれるが、電力受信部が装着されていない状態でも電力送信部での発振が継続される構成であり、電力非伝送時でも発振強度は低減されない。

以上のように、従来の非接触電力伝送装置では、電力非伝送時にエネルギーが無駄に消費されるのを防ぐためには複雑な制御回路構成や動作を必要としており、簡素な回路構成でエネルギーの無駄を低減させる方法の実現が望まれていた。

そこで、本発明の課題は、簡素な回路構成で、電力受信部及び負荷が未装着な状態における電力送信部の無駄なエネルギー消費を低減することが可能な非接触電力伝送装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明による非接触電力伝送装置は、電磁誘導によって電力の送信を行う電力送信部及び電力の受信を行う電力受信部を有する非接触電力伝送装置であって、前記電力送信部は電力送信コイルと該電力送信コイルに直列に挿入されたコンデンサと電力を供給する電力送信回路と該電力送信回路を制御する電力送信側制御回路とを備え、前記電力受信部は電力受信コイルと負荷に電力を供給するための電力受信回路及び該電力受信回路を制御する電力受信側制御回路とを備え、前記電力送信コイルと前記コンデンサにより直列共振回路が形成されていることを特徴とする。

本発明の非接触電力伝送装置は、上記のように電力送信コイルに直列に挿入されたコンデンサを備え、このコンデンサと電力送信コイルとにより直列共振回路を形成し、その直列共振の周波数で発信させて給電することにより、電力受信部が装着されない電力非伝送時にはインピーダンスが増大することとなり、電力送信コイルを流れる電流は減少する。また、回路構成も簡単である。よって、本発明により、簡素な回路構成で、電力受信部及び負荷が未装着な状態における電力送信部の無駄なエネルギー消費を低減することが可能な非接触電力伝送装置が得られる。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明による非接触電力伝送装置の一実施の形態の基本構成を示すブロック図である。図１に示すように、非接触電力伝送装置の充電器等側に設けられた電力送信部と携帯電話等側に設けられた電力受信部において、従来と同様に、電力送信コイル１と電力受信コイル２の間は、電磁誘導による磁気結合が生じており、これにより電力の伝送が行われる。電力送信コイル１には電力送信回路３により電力が供給され、電力送信側制御回路５は電力送信回路３の発信周波数や電力を制御する。電力受信コイル２には２次電池や抵抗等からなる負荷７が接続され、電力受信コイル２で受けた電力は電力受信回路４により、負荷７に電力が供給される。電力受信回路４は安定した電力供給が行なわれるように電力受信側制御回路６により制御される。但し、本実施の形態の非接触電力伝送装置においては電力送信コイル１に直列にコンデンサ８が挿入され、このコンデンサ８と電力送信コイル１とにより直列共振回路を形成している。

図２は、本実施の形態の電力伝送時と電力非伝送時のインピーダンスの変化を説明するための模式図であり、図２（ａ）は電力送信時、すなわち電力送信部へ電力受信部を装荷した場合、図２（ｂ）は電力非送信時、すなわち電力受信部が装荷されていない場合を示す。図３は電力伝送時及び電力非伝送時のコンデンサ８と電力送信コイル１からなる部分のインピーダンス特性を示す図である。

上記のように、本実施の形態ではコンデンサ８と電力送信コイル１とで直列共振回路が形成されるので、このコンデンサ８と電力送信コイル１によるインピーダンス｜Ｚ｜は、図３に示すように、共振周波数で最小値となる特性を示す。電力伝送時のインピーダンス｜Ｚ｜は、ｆ１に共振周波数を持ち、この周波数が最も電力伝送量が大きな状況になっているため、電力送信回路３の発信周波数はｆ１近傍に設定される。一方、電力受信コイル２が存在しない状態、すなわち電力非伝送時のインピーダンス特性は、ｆ１と異なるｆ２に共振周波数を持つ特性になる。

発信周波数をｆ１に固定した場合、例えば電力受信コイル２を離すことにより電力伝送状態から電力非伝送状態に変化すると、インピーダンス｜Ｚ｜はＺ1からＺ２に増加する。このため、電力送信コイル１に流れる電流は、電力伝送時に比べて減少し、エネルギーの無駄な消費が削減され、またコイル発熱量も減少する。

以上のように、本実施の形態の簡素な回路構成により、電力受信部及び負荷が未装着な状態において、電力送信部の無駄なエネルギー消費を低減することが可能となる。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限られるものではないことはいうまでもなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で部材や構成等の変更が可能である。例えば、上記の実施の形態では、負荷としては等価回路的には一般的に抵抗が想定されるが、容量成分を直列ないし並列に含む負荷やインダクタンス成分を含む負荷であっても、同様に本発明の効果が得られる。また、電力送信回路に電力送信コイルに並列なコンデンサを有していても、電力送信コイルを含む部分において図３に示したような直列共振特性が得られれば本発明の効果が得られる。

本発明による非接触電力伝送装置の一実施の形態の基本構成を示すブロック図。実施の形態の電力伝送時と電力非伝送時のインピーダンスの変化を説明するための模式図、図２（ａ）は電力送信時を示す図、図２（ｂ）は電力非送信時を示す図。実施の形態の電力伝送時及び電力非伝送時のインピーダンス特性を示す図。従来の電磁誘導による非接触電力伝送装置の基本構成の一例のブロック図。従来の電力伝送時と電力非伝送時のインピーダンスの変化を説明するための模式図、図５（ａ）は電力送信時を示す図、図５（ｂ）は電力非送信時を示す図。従来の電力伝送時及び電力非伝送時のインピーダンス特性を示す図。

符号の説明

１，１１電力送信コイル
２，１２電力受信コイル
３，１３電力送信回路
４，１４電力受信回路
５，１５電力送信側制御回路
６，１６電力受信側制御回路
７，１７負荷
８，１８コンデンサ

Claims

電磁誘導によって電力の送信を行う電力送信部及び電力の受信を行う電力受信部を有する非接触電力伝送装置であって、前記電力送信部は電力送信コイルと該電力送信コイルに直列に挿入されたコンデンサと電力を供給する電力送信回路と該電力送信回路を制御する電力送信側制御回路とを備え、前記電力受信部は電力受信コイルと負荷に電力を供給するための電力受信回路と該電力受信回路を制御する電力受信側制御回路とを備え、前記電力送信コイルと前記コンデンサにより直列共振回路が形成されていることを特徴とする非接触電力伝送装置。