JP2012186949A - 磁界共鳴を利用した非接触電力伝送装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】共振コイルを含む送電コイル1a、1cが、同一平面上に互いに重ならないように配置された第1送電ユニット5と、共振コイルを含む送電コイル9が、同一平面上に互いに重ならないように配置された第2送電ユニット6とを備え、第1送電ユニットと第2送電ユニットとは、相互の位置関係として少なくとも電力伝送配置を取ることが可能である。電力伝送配置では、第1及び第2送電ユニットは互いに対向し、相互間に受電装置3を装着することが可能な受電空間を形成する。受電装置が受電空間に装着された配置では、送電コイル及び受電コイルにおける共振コイルの軸方向が互いに平行に配向される。
【選択図】図1
Description
となっている。これにより、伝送不能な死点領域を縮小、低減し、広い領域で安定した電力伝送が可能となる、とされている。
り、前記第1及び前記第2送電ユニットに各々含まれる前記送電コイル間の中心軸の最大ずれ量が、前記送電コイルの直径に等しい構成とすることができる。
た、受電装置と筐体との間で情報のやり取りをするシステムを取り付け、受電装置の受電が完了すると筐体の任意の場所でその旨がわかる表示(あるいは音など)をするようにしてもよい。筐体の形としては、蓋が開閉できるようなオルゴール型や、机の引き出し型等が好ましい。そして、安全確保のために、蓋が開いている時や引き出しが閉まっていない時には電力伝送が不能となるようにすることが好ましい。
図1は、実施の形態1における磁界共鳴型の非接触電力伝送装置の構成を示す断面図、図2はその平面図である。図1は、図2のB−B線に沿った断面を示す。なお、図26〜図28に示した従来例の非接触電力伝送装置と同様の要素については、同一の参照番号を付して、説明を簡略化する。
いる。電力伝送配置では、第1及び第2送電ユニット5、6の共振コイルと、受電コイル3の共振コイルとの間の磁界共鳴を介して電力を伝送することが可能である。受電装置7も基板を用いて構成されるが、基板の図示は省略する。なお、第1及び第2送電ユニット5、6は、電力伝送配置に固定されても良いし、後述するように、受電空間が形成されていない他の状態を取ることも可能なように構成されてもよい。
は、距離aだけ離れている。送電コイル1aの中心軸と受電コイル3の中心軸のずれ量をd1と記し、送電コイル1cの中心軸と受電コイル3の中心軸のずれ量をd2と記す。
図11Aは、実施の形態2における磁界共鳴型の非接触電力伝送装置の構成を示す断面図、図11Bはその平面図である。図11Aは、図11BのC−C線に沿った断面を示す。
平面上の最適な受電可能範囲Zmaxは、受電コイル3の位置と受電コイル(3)の位置の各々の中心軸間の距離で、従来と同じZm=2rである。
実施の形態3における磁界共鳴型の非接触電力伝送装置について、図12を参照して説明する。本実施の形態では、送電コイルの配置は、実施の形態1の図6に示した送電コイル1a〜1d、及び送電コイル9と同じ配置である。但し図12には、受電コイル3が受電可能領域から外れた位置に配置された状態が示される。この場合、受電コイル3の中心軸のずれ量d3が半径r以内であるにもかかわらず、最大の電力伝送効率が得られる領域Cから伝送方向に遠く離れてしまっているために、伝送効率が低下する。
実施の形態4における磁界共鳴型の非接触電力伝送装置について、図14〜図20を参照して説明する。本実施の形態は、受電コイルが最大の電力伝送効率の領域から外れた場合の解決策として、実施の形態3の場合の送電コイルの位置を移動させる方法とは異なる方法を提供するものである。すなわち、上述の各実施の形態においては、受電コイルへの電力伝送は基本的に1個の送電コイルで行うのに対して、本実施の形態では、同一平面上に配置された任意の2個の送電コイルから同時に送電する制御を含む。
までの範囲では、問題なく最大の電力伝送効率を得ることが可能であることが判る。更に、中心軸の位置ずれ量dが半径の2倍、即ち受電コイル3の直径分(2r=300mm)離れても、電力伝送効率の低下は2割程度と小さいことが判った。このような関係は、送電コイル及び受電コイルの半径を変えた場合においてもほぼ同様である。これによれば、電力伝送効率を80%程度と小さくしても送電パワーに余裕がある場合においては、送電方向おける受電可能領域の拡大が可能となる。
図21は、実施の形態5における磁界共鳴型の非接触電力伝送装置の構成を示す平面図である。本実施の形態では、第1送電ユニット10に設けられた送電コイル1は、4×4個がマトリックス状に配置され、第2送電ユニット11に設けられた複数個の送電コイル9が対向させて配置された構成を有する。
図24は、実施の形態6における磁界共鳴型の非接触電力伝送装置の構成を示す断面図である。上述のように、一般的に送電コイル及び受電コイルは、電力を伝送するための共
振コイルを有し、さらに、高周波電源から共振コイルに電磁誘導により電力を供給するためのループコイルが使用されることが多い。本実施の形態においても、送電コイル1、9及び受電コイル3が、これら共振コイルとループコイルを用いて構成される。図24は、その一例として、第1送電ユニット5の送電コイル1と、第2送電ユニット6の送電コイル9と、その間に配置された受電装置7の受電コイル3を、各々形成している共振コイルとループコイルの位置関係を模式的に示したものである。
本実施の形態における磁界共鳴型の非接触電力伝送装置は、第1送電ユニット、第2送電ユニット、及び受電装置の構成としては、上記各実施の形態、あるいは本発明に包含されれる他の構成を用いることができる。本実施の形態は、複数の送電コイルから、受電コ
イルの位置に応じて適切な送電コイルを選択して送電を行うための制御装置を備えていることを特徴とする。
図25は、実施の形態8における磁界共鳴型の非接触電力伝送装置の構成を示す断面図である。この非接触電力伝送装置は、オルゴール型(箱型)をした筐体20と、開閉自在の蓋21を備え、筐体20の内部に第1送電ユニット5が保持され、蓋21に第2送電ユニット6が保持されている。第1送電ユニット5の上部に、受電装置7としての携帯電話を装着することができ、蓋21を閉じることにより、第1送電ユニット5と第2送電ユニット6の間に受電装置7が配置される。受電装置7は、充電器などを搭載している。
2 死角領域
3 受電コイル
4 非接触電力伝送装置
5、10、12、14 第1送電ユニット
6、11、13、15 第2送電ユニット
7 受電装置
8 基板
16a、16b、18 共振コイル
17a、17b、19a、19b ループコイル
20 筐体
21 蓋
22 高周波電力ドライバー
23 制御回路
24 電磁シールド材
25 ディスプレイ
26 突起
Claims (16)
- 共振コイルを含む受電コイルを備えた受電装置に対して電力を伝送するように構成され、共振コイルを含む送電コイルを備えて、前記受電コイル及び前記送電コイルの前記共振コイル間の磁界共鳴を介して電力を伝送する非接触電力伝送装置において、
少なくとも1個の前記送電コイルが、同一平面上に互いに重ならないように配置された第1送電ユニットと、
少なくとも1個の前記送電コイルが、同一平面上に互いに重ならないように配置された第2送電ユニットとを備え、
前記第1送電ユニットと前記第2送電ユニットとは、相互の位置関係として少なくとも電力伝送配置を取ることが可能であり、
前記電力伝送配置では、前記第1及び第2送電ユニットは互いに対向し、相互間に前記受電装置を装着することが可能な受電空間を形成し、
前記受電装置が前記受電空間に装着された配置では、前記送電コイル及び前記受電コイルにおける前記共振コイルの軸方向が互いに平行に配向されることを特徴とする非接触電力伝送装置。 - 前記送電コイルによる電力伝送動作を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記受電空間に前記受電装置が配置された状態で、前記第1及び第2送電ユニットのうち少なくとも一方に含まれる前記送電コイルから前記受電コイルに対して電力を伝送するように制御する請求項1記載の非接触電力伝送装置。 - 前記送電コイルによる電力伝送動作を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記第1送電ユニットまたは前記第2送電ユニットの一方に配置された任意の複数個の前記送電コイルから同時に電力を伝送させる制御機能を含む請求項1記載の非接触電力伝送装置。 - 前記受電コイルの位置を検出するモニター部を備え、
前記制御部は、検出された前記受電コイルの位置に応じて選択した前記送電コイルから電力を伝送するように制御する請求項2または3記載の非接触電力伝送装置。 - 前記第1及び前記第2送電ユニットには、それぞれ複数の前記送電コイルが含まれ、前記第1及び前記第2送電ユニットに含まれる少なくとも各々1個の送電コイルどうしは、互いの中心軸をずらして配置されている請求項1記載の非接触電力伝送装置。
- 前記第1及び前記第2送電ユニットに含まれる前記送電コイルの直径が同じであり、前記第1及び前記第2送電ユニットに各々含まれる前記送電コイル間の中心軸の最大ずれ量が、前記送電コイルの直径に等しい請求項5記載の非接触電力伝送装置。
- 前記受電コイルは、前記共振コイルとともに、前記共振コイルに対して電磁誘導により電力を供給するループコイルを少なくとも2個備えている請求項1記載の非接触電力伝送装置。
- 前記ループコイルは、前記共振コイルに対して中心軸方向における両側に配置されている請求項7記載の非接触電力伝送装置。
- 前記複数の送電コイルのうちのいずれの送電コイルから送電されているかに応じて、動作させる前記ループコイルが切り替えられる請求項8記載の非接触電力伝送装置。
- 前記受電コイルの位置を検出するモニター部と、
検出された前記受電コイルの位置に応じて、前記第1送電ユニット及び前記第2送電ユニットの前記送電コイルの位置を、電力伝送効率が最大となるように制御する送電コイル位置制御部とを備えている請求項1記載の非接触電力伝送装置。 - 前記第1送電ユニットに含まれる前記送電コイルの数と、前記第2送電ユニットに含まれる前記送電コイルの数が異なる請求項1記載の非接触電力伝送装置。
- 前記第1送電ユニット及び前記第2送電ユニットを保持し、前記受電装置を着脱可能に装着することが可能であり、かつ、前記第1及び第2送電ユニットが前記電力伝送配置にあるときに、前記受電空間に前記受電装置が配置されるように構成された筐体を備え、
前記電力伝送配置では、前記送電コイルと前記受電コイルの周囲が前記筐体内で電磁シールドされる請求項1記載の非接触電力伝送装置。 - 携帯電話に使用される周波数帯域の電波を前記筐体内へ送るための中継コネクタが設けられている請求項12記載の非接触電力伝送装置。
- 前記筐体が前記電力伝送配置の状態を維持するためのインターロック機能を備え、
電力伝送時には、前記送電コイルと前記受電コイルの周囲が電磁シールドされた状態が前記インターロック機能により維持される請求項12記載の非接触電力伝送装置。 - 前記送電コイルに含まれた前記共振コイルの磁気抵抗値を各々検出する磁気抵抗値検出部を備え、
前記制御部は、検出された磁気抵抗値が最小となる前記送電コイルを選択し、選択された前記送電コイルから電力を伝送するか、または、選択された前記送電コイルを含む隣接した複数の前記送電コイルから同時に電力を伝送するように制御する請求項1記載の非接触電力伝送装置。 - 前記受電コイルの受電電力を検出する電力検出部を備え、
前記制御部は、複数の前記送電コイルから個別に順次電力を伝送させて、前記電力検出部が出力する検出値が最大となる前記送電コイルを選択し、選択された前記送電コイルから電力を伝送するか、または、選択された前記送電コイルを含む隣接した複数の前記送電コイルから同時に電力を伝送するように制御する請求項1記載の非接触電力伝送装置。
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