JP2013030551A - 非接触給電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１次コイルに設けられるコアの歩留まりを向上させることにある。
【解決手段】コア２０には貫通孔２５が形成されている。このため、各１次コイルユニットＵ１の製造に要する磁性体の原料の量を低減することができる。これにより、コア２０の原料の量に対する生産数の比率である歩留まりの向上を図ることができる。
【選択図】図３

Description

この発明は、非接触給電装置に関する。

従来、給電装置から受電装置へ非接触にて給電を行う非接触給電システムが存在する（例えば、特許文献１参照）。給電装置は電源からの電力を非接触にて受電装置に供給する。受電装置は、給電装置からの電力を受電すると、その電力を電気機器に供給する。

近年、さらなるユーザの利便性の向上を図るべく、給電装置の上面（給電面）における任意の位置に受電装置を設置するだけで、この受電装置への給電が可能となる、いわゆるフリーレイアウト型の非接触給電システムが検討されている（例えば、特許文献２参照）。

図１０に示すように、当該システムにおける給電装置１００の内部には、その給電面に沿って複数の１次コイルＬ１が配列される。各１次コイルＬ１の内部には、フェライト等の磁性体からなるコア１１０が設けられている。この１次コイルＬ１及びコア１１０が一体となってコイルユニット１０１が構成される。また、受電装置１３０の２次コイルＬ２にも、同様にその内部に磁性体１２０が設けられている。

１次コイルＬ１は高周波電流が供給されることで励磁される。励磁された１次コイルＬ１からの磁束の変化に基づき２次コイルＬ２には誘起電流が生じる。この誘起電流が受電電力である。このように、電磁誘導を利用して給電装置１００から受電装置１３０に電力が供給される。

特開２００３−２０４６３７号公報 特開２００８−５５７３号公報

上記コイルユニット１０１におけるコア１１０は、１次コイルＬ１内に充填されている。よって、コア１１０の原料の量に対する生産数の比率である歩留まりの向上が困難であった。特に、上記フリーレイアウト型の非接触給電システムにおいては、従来の非接触給電システムに比べて多くのコイルユニット１０１が必要となる。このため、特にフリーレイアウト型のシステムにおいては、製品コストの観点からもコア１１０の歩留まりを向上させることが求められている。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、１次コイルに設けられるコアの歩留まりを向上させることができる非接触給電装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の非接触給電装置は、受電装置が設置される載置板と、この載置板に沿って装置内部に複数配置される１次コイルと、各前記１次コイルに設けられる磁性体コアと、を備え、前記１次コイルに交流電流が供給されることで発生する磁束を介した電磁誘導によって前記受電装置に非接触で給電し、前記磁性体コアに前記１次コイルの軸方向に貫通する第１の孔が形成される。

また、上記構成において、前記磁性体コアにおける前記載置板側に設置されるとともに、前記載置板に金属異物が載せられたとき、その金属異物が前記１次コイルからの磁束を受けることによる前記金属異物の温度上昇を検出する温度検出素子と、前記温度検出素子の検出結果に基づき前記載置板に前記金属異物が存在する旨判断したとき前記１次コイルへの給電を停止する制御回路と、を備えることが好ましい。

また、上記構成において、前記温度検出素子は、前記第１の孔の周面に接する位置であって前記載置板側に設置されることが好ましい。
また、上記構成において、前記磁性体コアにおける前記第１の孔の周囲に、前記１次コイルの軸方向に貫通する第２の孔が形成され、前記温度検出素子は、前記第２の孔内における前記載置板側に設置されることが好ましい。

また、上記構成において、前記温度検出素子は、前記１次コイルの軸を中心として等角度間隔で複数配置されることが好ましい。

本発明によれば、非接触給電装置において、１次コイルに設けられるコアの歩留まりを向上させることができる。

第１〜第３の実施形態における非接触給電システムの構成を示すブロック図。 第１〜第３の実施形態における受電装置が給電装置に設置された状態の斜視図。 第１の実施形態における受電装置が給電装置に設置された状態の断面図。 第１の実施形態における１次コイルユニットの上面図。 第１の実施形態における金属異物が給電装置に設置された状態の断面図。 第２の実施形態における１次コイルユニットの上面図。 第２の実施形態における金属異物が給電装置に設置された状態の断面図。 第３の実施形態における１次コイルユニットの上面図。 第３の実施形態における受電装置が給電装置に設置された状態の断面図。 背景技術における受電装置が給電装置に設置された状態の断面図。

（第１の実施形態）
以下、本発明の非接触給電装置を非接触給電システムに具体化した第１の実施形態を図１〜図５を参照しつつ説明する。

図１に示すように、非接触給電システムは、給電装置１０と、受電装置３０とを備える。本例では、受電装置３０は、携帯端末４０に内蔵されている。以下、給電装置１０及び受電装置３０の具体的構成について説明する。

（給電装置）
図２に示すように、給電装置１０は、平板状の筐体２を有している。筐体２には、携帯端末４０が設置される載置板６が形成される。この載置板６は、筐体２における上側の壁を構成する。

筐体２の内部には、載置板６の全域に亘って計２４個の１次コイルユニットＵ１が設けられている。１次コイルユニットＵ１は、載置板６において４行×６列のマトリックス状に配置されている。

図３に示すように、１次コイルユニットＵ１は、１次コイルＬ１と、コア２０と、サーミスタ１７とを備える。
コア２０は、フェライトなどの磁性体により一体形成されている。また、コア２０は、直方板状に形成されるベース部２２、及びそのベース部２２の上面に位置する直方状の先端部２１を有している。図４に示すように、先端部２１は、ベース部２２の厚さ方向からみてベース部２２における中央に位置するとともに、ベース部２２より小さいサイズで形成される。コア２０は、その先端部２１の上面が載置板６の内面に面接触する態様にて配置される。

図３に示すように、１次コイルＬ１は、その軸方向からみて正方形に形成されている。この１次コイルＬ１は、先端部２１の外周に嵌め込まれている。
また、コア２０には、１次コイルＬ１の軸方向に延びる貫通孔２５が形成されている。この貫通孔２５は、図４に示すように、ベース部２２の厚さ方向からみて正方形に形成されるとともに、ベース部２２及び先端部２１の中央に位置している。貫通孔２５における４つの角部にはサーミスタ１７が配置される。このサーミスタ１７は、例えば熱伝導率の高いシリコンにより貫通孔２５の周面に接着されている。

また、図３に示すように、各サーミスタ１７は、貫通孔２５内における載置板６側に設けられる。本例では、各サーミスタ１７の上面が載置板６の下面に面接触している。なお、各サーミスタ１７には接続線（図示略）が接続されて、その接続線は、例えば貫通孔２５を介してコア２０の下側から引き出される。なお、貫通孔２５は第１の孔に相当する。

図１に示すように、給電装置１０は、単一の共通ユニット１１と、この共通ユニット１１にそれぞれ接続される複数（本例では２４個）の給電ユニット１５と、を備える。
共通ユニット１１は、電源回路１３と、共通制御回路１２と、を備える。

電源回路１３は、外部電源からの交流電力を適切な直流電圧に変換し、それを動作電力として各給電ユニット１５及び共通ユニット１１に供給する。
共通制御回路１２は、マイクロコンピュータで構成されるとともに、各給電ユニット１５への指令信号を通じて給電装置１０を統括制御する。

給電ユニット１５は、１次コイルユニットＵ１に加えて、励磁駆動回路１６を備える。共通制御回路１２は、給電を要求する旨の指令信号を励磁駆動回路１６に出力する。励磁駆動回路１６は、この指令信号を受けると、高周波電流を生成し、その生成した電流を１次コイルＬ１に供給する。これにより、１次コイルＬ１は励磁される。

サーミスタ１７は、温度を検出し、その検出結果を共通制御回路１２に出力する。ここで、載置板６に金属異物が存在する場合には、その金属異物が１次コイルＬ１からの磁束を受ける。これにより、金属異物に渦電流が発生することで、金属異物の温度が上昇する。この金属異物の温度上昇に伴って載置板６も温度上昇する。この温度上昇がサーミスタ１７によって検出される。

共通制御回路１２は、サーミスタ１７の検出結果に基づき、上記金属異物の存在に伴う温度上昇の有無を判断する。共通制御回路１２は、一定周期毎にサーミスタ１７により検出された温度が閾値以上であるか否かを判断する。そして、共通制御回路１２は、サーミスタ１７により検出された温度が閾値以上である旨判断すると、載置板６に金属異物が存在するとして、各１次コイルＬ１への給電を停止する。これにより、金属異物の温度上昇が抑制される。また、共通制御回路１２は、サーミスタ１７により検出された温度が閾値未満である旨判断すると給電を継続する。

（受電装置）
図１に示すように、受電装置３０は、整流回路３１と、２次コイルユニットＵ２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３５とを備える。

図３に示すように、受電装置３０には、自身が載置板６に設置されたときに、その載置板６と面接触する受電板３３が形成されている。この受電板３３の内側（受電装置３０の内部）には、２次コイルユニットＵ２が設けられている。２次コイルユニットＵ２は、２次コイルＬ２及びコア３６から構成される。２次コイルＬ２は、その軸方向からみて１次コイルＬ１より大きい正方形に形成されている。また、コア３６は、２次コイルＬ２のサイズに合わせて大きく形成されている点及び貫通孔が形成されていない点を除けば、１次コイルユニットＵ１のコア２０と同様に構成されている。

２次コイルＬ２は、１次コイルＬ１からの磁束の変化に基づき交流電流を誘起する。図１に示すように、整流回路３１は、２次コイルＬ２に誘起される交流電力を整流する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３５は、整流回路３１からの直流電圧を携帯端末４０の動作に適切な値に変換する。この直流電圧は、例えば携帯端末４０の動作電源である２次電池（図示略）の充電に利用される。

以下、金属異物が載置板６に存在する場合における給電装置１０の作用について図５を参照しつつ説明する。
同図に示すように、金属異物が載置板６に存在している場合に、１次コイルＬ１が励磁されると、図中の矢印で示すように、１次コイルＬ１からの磁束はコア２０の先端部２１を介して金属異物に向かう。このとき、先端部２１によって集磁されるため、貫通孔２５には磁束がほとんど通過しない。この結果、先端部２１の周辺における磁束密度が向上する。金属異物は、時間経過とともに変化する先端部２１からの磁束を受ける。これにより、金属異物には渦電流が誘起されて、金属異物の温度が上昇する。上述のようにコア２０に貫通孔２５を形成することで金属異物が受ける磁束密度を向上させることができる。このため、金属異物における磁束を受けた箇所を中心とした円形の範囲Ａが集中的に温度上昇する。また、サーミスタ１７は、コア２０において金属異物の温度変化の影響を受け易い位置、すなわち貫通孔２５内における載置板６側に設けられている。よって、サーミスタ１７は、より迅速かつ確実に金属異物の温度上昇を検出することができる。この結果、早期に１次コイルＬ１への給電を停止させることができる。

また、サーミスタ１７は貫通孔２５内に設けられているところ、サーミスタ１７が磁束を受けることが抑制される。よって、サーミスタ１７自体に電流が誘起されて、サーミスタ１７の温度が上昇することが抑制される。ここで、サーミスタ１７が１次コイルＬ１からの磁束を受ける構成とした場合には、金属異物ではなく正規の受電装置３０が載置板６に設置されている場合にもサーミスタ１７の温度が上昇する。よって、この温度上昇が自身への磁束に起因するものか、それとも金属異物の温度上昇に起因するものかを判定することが困難となる。その点、貫通孔２５を通じてサーミスタ１７が磁束を受けることが抑制されることで、サーミスタ１７によって検出された温度上昇は金属異物の温度上昇に起因するものであるとして、金属異物の有無に係る判断を行うことができる。よって、金属異物の有無に係る判断の精度を向上させることができる。

以上、説明した実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）コア２０には貫通孔２５が形成されている。このため、各１次コイルユニットＵ１の製造に要する磁性体の原料の量を低減することができる。これにより、コア２０の原料の量に対する生産数の比率である歩留まりを向上させることができる。

（２）コア２０に貫通孔２５を形成することで先端部２１の周辺の磁束密度を向上させることができる。これにより、金属異物における磁束を受ける箇所を集中的に温度上昇させることができる。従って、金属異物の温度上昇がサーミスタ１７によって早期に検出される。これにより、載置板６に金属異物が存在する旨の判断、ひいては１次コイルＬ１への給電の停止を早期かつ確実に行うことができる。

（３）サーミスタ１７は、先端部２１の内面（貫通孔２５を形成する面）であって載置板６側に設けられる。よって、サーミスタ１７は金属異物における磁束を受ける箇所に近い位置に存在することになる。従って、金属異物の温度上昇がサーミスタ１７によって早期に検出される。これにより、載置板６に金属異物が存在する旨の判断、ひいては１次コイルＬ１への給電の停止を早期かつ確実に行うことができる。

（４）サーミスタ１７は１次コイルＬ１の軸を中心として９０°間隔に４つ配置されている。従って、１次コイルユニットＵ１に対する金属異物の位置に関わらず、金属異物の温度上昇をサーミスタ１７によって検出できる可能性を高めることができる。

（５）コア２０に貫通孔２５が形成されることで先端部２１に磁束が集中する。一方、２次コイルユニットＵ２のコア３６には貫通孔が形成されていない。そのコア３６の下面（受電板３３側の面）に上記集中した磁束が入っていくことで、２次コイルＬ２に電流が誘起される。ここで、貫通孔２５の有無に関わらず、コア３６の下面に入る磁束の本数、ひいては受電電力は変化しない。よって、コア２０に貫通孔２５を形成した場合であっても、給電効率を確保することができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明にかかる非接触給電装置を非接触給電システムに具体化した第２の実施形態について、図６及び図７を参照して説明する。この実施形態の非接触給電システムは、サーミスタの設置位置が上記第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、この実施形態の非接触給電システムは、図１に示す第１の実施形態の非接触給電システムとほぼ同様の構成を備えている。

図６に示すように、コア２０には、ベース部２２の厚さ方向からみて円形の貫通孔５５が形成されている。貫通孔５５は、コア２０の中央に位置している。また、この貫通孔５５の周囲には４つの収容孔２７が形成されている。各収容孔２７は、１次コイルＬ１の軸方向に貫通して形成されるとともに、その軸を中心として９０°間隔で配設されている。詳しくは、収容孔２７は、先端部２１の各角部に対応する位置に設けられている。図７に示すように、各収容孔２７にはサーミスタ１７が設けられている。各サーミスタ１７は、収容孔２７内において、その上面が載置板６の下面に接する位置に設けられている。なお、収容孔２７は第２の孔に相当する。

以下、金属異物が載置板６に存在する場合における給電装置１０の作用について図７を参照しつつ説明する。
同図に示すように、金属異物が載置板６に存在している場合に、１次コイルＬ１が励磁されると、図中の矢印で示すように、１次コイルＬ１からの磁束はコア２０の先端部２１を介して金属異物に向かう。このとき、収容孔２７には磁束がほとんど通過しない。よって、サーミスタ１７を先端部２１内に設けた場合であっても、サーミスタ１７が磁束を受けることが抑制される。よって、第１の実施形態と同様に、金属異物の有無に係る判断の精度を向上させることができる。

また、貫通孔５５に加えて収容孔２７が形成されるため、１次コイルＬ１からの磁束をさらに先端部２１の周辺に集磁させることができる。よって、金属異物における磁束を受ける箇所を中心とした円形の範囲Ｂを集中的に温度上昇させることができる。

さらに、サーミスタ１７は、コア２０において金属異物の温度上昇の影響を最も受け易い位置、すなわち収容孔２７内における載置板６側に設けられている。よって、サーミスタ１７はより迅速かつ確実に金属異物の温度上昇を検出することができる。この結果、より早期に１次コイルＬ１への給電を停止させることができる。

以上、説明した実施形態によれば、特に以下の効果を奏することができる。
（６）サーミスタ１７は、コア２０における貫通孔５５の周囲に形成される収容孔２７内に設けられる。これにより、コア２０において金属異物の温度上昇の影響を最も受け易い位置にサーミスタ１７を設置することができる。従って、サーミスタ１７は、より迅速かつ確実に金属異物の温度上昇を検出することができる。このため、載置板６に金属異物が存在する旨の判断、ひいては１次コイルＬ１への給電の停止を早期かつ確実に行うことができる。

（７）貫通孔５５に加えて収容孔２７が形成されるため、１次コイルＬ１からの磁束を先端部２１の周辺にさらに集磁させることができる。これにより、金属異物の一部をより集中的に温度上昇させることで、その温度上昇を早期にサーミスタ１７によって検出させることができる。

（８）収容孔２７を設けることで、各１次コイルユニットＵ１の製造に要する磁性体の原料の量をさらに低減すること、ひいては歩留まりを向上させることができる。
（第３の実施形態）
以下、本発明にかかる非接触給電装置を非接触給電システムに具体化した第３の実施形態について、図８及び図９を参照して説明する。この実施形態の非接触給電システムは、１次コイルＬ１及びコアの形状が上記第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、この実施形態の非接触給電システムは、図１に示す第１の実施形態の非接触給電システムとほぼ同様の構成を備えている。

図８に示すように、本実施形態におけるコア５０のベース部５２及び先端部５１は、ベース部５２の厚さ方向からみて何れも円形に形成されている。１次コイルＬ１は、先端部５１の外周に応じた円筒状に形成されている。ベース部５２の径は、先端部５１の径より大きく設定されている。また、貫通孔５５は、上記第２の実施形態と同様に円形に形成されている。各サーミスタ１７は、先端部５１の内周面（貫通孔５５を形成する面）であって１次コイルＬ１の軸を中心として９０°間隔で配置される。図９に示すように、各サーミスタ１７は、その上面が載置板６の下面に接する位置に設けられている。

以上、説明した実施形態によれば、特に以下の効果を奏することができる。
（９）１次コイルＬ１が円筒状に形成され、その１次コイルＬ１に合わせてコア５０が形成された場合であっても、第１の実施形態と同様の作用効果が得られる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・上記各実施形態においては、１次コイルユニットＵ１には複数のサーミスタ１７が設けられていたが、これらサーミスタ１７を省略してもよい。この場合であっても、貫通孔２５，５５が形成されることで、１次コイルユニットＵ１の製造に要する磁性体の原料の量を低減すること、ひいては歩留まりを向上させることができる。

・上記各実施形態においては、コア２０，５０はベース部及び先端部から構成されていたが、コアの形状はこれに限定されない。例えば、コアを段差等がない板状に形成してもよい。この場合には、この板状のコアの上面に１次コイルＬ１が設置される。また、コアの外周に１次コイルＬ１を嵌め込んでもよい。これは、２次コイルユニットＵ２のコアの形状についても同様である。

・１次コイルユニットＵ１の数は上記各実施形態に限定されない。
・上記各実施形態においては、温度検出素子としてサーミスタ１７が採用されていたが、金属異物の温度上昇を検出することができればサーミスタ１７に限定されない。例えば、熱伝対や白金測温体であってもよい。

・サーミスタ１７の貫通孔２５，５５内における設置位置は、上記第１及び第３の実施形態に限定されない。すなわち、サーミスタ１７は、ベース部の厚さ方向からみて貫通孔２５，５５の中央に設けられていてもよいし、載置板６と離間した位置に設けられていてもよい。これら構成においても、貫通孔２５，５５の形成によって磁束密度が高められているため、サーミスタ１７は金属異物の温度上昇を検出することができる。換言すると、金属異物の温度上昇を検出可能な範囲内でサーミスタ１７を自由な位置に設置できる。これは第２の実施形態においても同様である。

・上記各実施形態においては、受電装置３０は携帯端末４０に設けられていたが、その他ＬＥＤ照明や扇風機等の電気機器に設けられていてもよい。また、例えば、受電装置３０が、電気機器の本体に対して独立した構成であってもよい。

・上記各実施形態においては、サーミスタ１７は、１次コイルユニットＵ１毎に４つ設けられていたが、その数はこれに限定されない。例えば、サーミスタ１７を１つとしてもよい。この場合、第２の実施形態においては収容孔２７も１つで済む。また、サーミスタ１７は１次コイルＬ１の軸を中心として等角度間隔に配置されていたが、異なる角度間隔毎に配置してもよい。

・第１の実施形態においては、貫通孔２５は１次コイルＬ１の軸方向からみて正方形であった。また、第２及び第３の実施形態においては、貫通孔５５は１次コイルＬ１の軸方向からみて円形であった。しかし、貫通孔の形状はこれらに限らず、１次コイルＬ１の軸方向からみて、例えば三角形や六角形であってもよい。また、貫通孔は、１次コイルＬ１の軸方向に沿う周面を有していたが、その周面は同軸方向に対して傾斜していてもよい。例えば、第２及び第３の実施形態においては載置板６に向かうにつれて貫通孔の径が大きくなるように形成されていてもよい。

６…載置板、１０…給電装置、１１…共通ユニット、１２…共通制御回路（制御回路）、１３…電源回路、１５…給電ユニット、１７…サーミスタ（温度検出素子）、２０，５０…コア、２１，５１…先端部、２２，５２…ベース部、２５，５５…貫通孔、２７…収容孔、３０…受電装置、４０…携帯端末、Ｌ１…１次コイル、Ｌ２…２次コイル、Ｕ１…１次コイルユニット、Ｕ２…２次コイルユニット。

Claims (5)

1. 受電装置が設置される載置板と、この載置板に沿って装置内部に複数配置される１次コイルと、各前記１次コイルに設けられる磁性体コアと、を備え、前記１次コイルに交流電流が供給されることで発生する磁束を介した電磁誘導によって前記受電装置に非接触で給電する非接触給電装置において、
   前記磁性体コアに前記１次コイルの軸方向に貫通する第１の孔が形成されることを特徴とする非接触給電装置。
2. 請求項１に記載の非接触給電装置において、
   前記磁性体コアにおける前記載置板側に設置されるとともに、前記載置板に金属異物が載せられたとき、その金属異物が前記１次コイルからの磁束を受けることによる前記金属異物の温度上昇を検出する温度検出素子と、
   前記温度検出素子の検出結果に基づき前記載置板に前記金属異物が存在する旨判断したとき前記１次コイルへの給電を停止する制御回路と、を備えたことを特徴とする非接触給電装置。
3. 請求項２に記載の非接触給電装置において、
   前記温度検出素子は、前記第１の孔の周面に接する位置であって前記載置板側に設置されることを特徴とする非接触給電装置。
4. 請求項２に記載の非接触給電装置において、
   前記磁性体コアにおける前記第１の孔の周囲に、前記１次コイルの軸方向に貫通する第２の孔が形成され、
   前記温度検出素子は、前記第２の孔内における前記載置板側に設置されることを特徴とする非接触給電装置。
5. 請求項２〜４の何れか一項に記載の非接触給電装置において、
   前記温度検出素子は、前記１次コイルの軸を中心として等角度間隔で複数配置されることを特徴とする非接触給電装置。

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