JP2013219854A - Wireless power transmission device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wireless power transmission device capable of significantly reducing standby power without degrading convenience.SOLUTION: The wireless power transmission device transmits electric power from a transmitter 10 to a receiver 20 in a non-contact manner. The transmitter 10 includes: detection means 13 that detects at least either one of the presence/absence or position of the receiver 20 in a power transmission available range; a control circuit 14 that controls the detection means 13; and a vibration sensor 15 that detects vibration, and starts the control circuit 14 when the vibration sensor 15 detects the vibration.

Description

本発明はワイヤレス電力伝送装置に関する。   The present invention relates to a wireless power transmission apparatus.

近年、携帯機器向けの電磁誘導型ワイヤレス電力伝送装置が普及してきている。送電器に内蔵される送電コイルから発生する交流磁界により、電子機器などの受電器に内蔵される受電コイルに電力を伝送する。受電コイルに伝送された電力は、整流回路を介して二次電池などの負荷に供給される。送電器の表面に受電器を置くだけで受電器内の二次電池を充電することができるため、電源コネクタを抜き差しする必要がなく、優れた利便性や、防水、防塵などのメリットがある。   In recent years, electromagnetic induction type wireless power transmission devices for portable devices have become widespread. Electric power is transmitted to a power receiving coil built in a power receiver such as an electronic device by an AC magnetic field generated from a power transmitting coil built in the power transmitter. The power transmitted to the power receiving coil is supplied to a load such as a secondary battery via a rectifier circuit. Since the secondary battery in the power receiver can be charged simply by placing the power receiver on the surface of the power transmitter, there is no need to connect or disconnect the power connector, and there are advantages such as excellent convenience, waterproofing, and dustproofing.

このようなワイヤレス電力伝送装置において、常に送電コイルから交流磁界を発生させてしまうと、送電器の表面に受電器が置かれていない場合にも電力を多分に消費してしまう。そのため、送電コイルに対して間欠的に電力を送りながら受電器の有無を常にチェックする待機モードを設け、待機電力を低減するのが一般的に行われている。   In such a wireless power transmission device, if an AC magnetic field is always generated from the power transmission coil, a large amount of power is consumed even when the power receiver is not placed on the surface of the power transmitter. For this reason, a standby mode in which the presence or absence of a power receiver is always checked while power is intermittently sent to the power transmission coil is generally provided to reduce standby power.

特開2008−178195号公報JP 2008-178195 A

しかし、携帯機器への充電など、一般用途に用いられるワイヤレス電力伝送装置では、待機モードにおける待機時間が充電動作時間より長くなる。そのため、電力伝送効率や充電効率がいくら高くても、待機電力が大きくなると、全体的な電力効率が下がってしまう。例えば、5Wクラスのワイヤレス電力伝送装置では、約0.6Wの待機電力が消費されてしまう。このように待機モード時の消費電力が要因となり、ワイヤレス電力伝送装置では従来のコード型充電装置と比較して、待機電力が増大してしまう。   However, in a wireless power transmission device used for general purposes such as charging a portable device, the standby time in the standby mode is longer than the charging operation time. Therefore, no matter how high the power transmission efficiency and the charging efficiency, when the standby power increases, the overall power efficiency decreases. For example, a standby power of about 0.6 W is consumed in a 5 W class wireless power transmission device. Thus, the power consumption in the standby mode is a factor, and the standby power increases in the wireless power transmission device as compared with the conventional cord type charging device.

当然ながら、ワイヤレス電力伝送装置に電源スイッチを設け、充電の時だけ手動で電源をオンにすれば、待機電力を無くすことができる。しかし、それではワイヤレス電力伝送装置の主なメリットとされる利便性が損なわれてしまう。よって、ワイヤレス電力伝送装置の利便性と消費電力の低減を両立するのが困難であった。   Of course, standby power can be eliminated by providing a power switch in the wireless power transmission device and manually turning on the power only during charging. However, the convenience that is the main merit of the wireless power transmission device is impaired. Therefore, it is difficult to achieve both convenience of the wireless power transmission device and reduction of power consumption.

本発明はこのような問題を考慮してなされたものであり、利便性を損なわず、待機電力を大幅に低減することができるワイヤレス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 in consideration of such a problem, and an object thereof is to provide a wireless power transmission apparatus capable of significantly reducing standby power without impairing convenience.

本発明はこのような目的を達成するため、送電器から受電器に対して非接触で電力伝送を行うワイヤレス電力伝送装置であって、該送電器は、電力伝送が可能な範囲における該受電器の有無または位置の少なくともいずれかを検出する検出手段と、該検出手段を制御する制御回路と、振動を検出する振動センサを備え、該振動センサが振動を検出した場合に、該制御回路を起動することを特徴とする。   In order to achieve such an object, the present invention is a wireless power transmission device that performs power transmission from a power transmitter to a power receiver in a contactless manner, and the power transmitter is within the range in which power transmission is possible. A detection means for detecting at least one of presence or absence or position, a control circuit for controlling the detection means, and a vibration sensor for detecting vibration, and the control circuit is activated when the vibration sensor detects vibration It is characterized by doing.

本発明のワイヤレス電力伝送装置は、利便性を確保しつつ、待機電力を大幅に低減することができる。   The wireless power transmission device of the present invention can significantly reduce standby power while ensuring convenience.

本発明のワイヤレス電力伝送装置のブロック図Block diagram of the wireless power transmission device of the present invention 本発明のワイヤレス電力伝送装置における圧電振動センサの構造と実装例Structure and mounting example of piezoelectric vibration sensor in wireless power transmission device of the present invention 本発明のワイヤレス電力伝送装置のフローチャートFlowchart of wireless power transmission device of the present invention 本発明のワイヤレス電力伝送装置の変形例のブロック図The block diagram of the modification of the wireless power transmission apparatus of this invention

以下、本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.

図1は、本発明のワイヤレス電力伝送装置のブロック図である。送電器10は、送電コイル11、駆動回路12、検出手段13、制御回路14、圧電振動センサ15、増幅回路16を備える。受電器20は、受電コイル21を備える。   FIG. 1 is a block diagram of a wireless power transmission device of the present invention. The power transmitter 10 includes a power transmission coil 11, a drive circuit 12, a detection unit 13, a control circuit 14, a piezoelectric vibration sensor 15, and an amplifier circuit 16. The power receiver 20 includes a power receiving coil 21.

まず、送電器10の構成について説明する。送電コイル11には、駆動回路12から交流電力が供給される。検出手段13は、送電器10から電力伝送が可能な範囲における受電器20の有無または送電器10に対する受電器20の位置の少なくともいずれかを検出するものである。駆動回路12および検出手段13の動作は、制御回路14により制御される。一例として、制御回路14はマイコンなどにより構成される。圧電振動センサ15の両端には負荷抵抗R3が接続されている。圧電振動センサ15の出力信号は増幅回路16により増幅され、制御回路14に供給されている。   First, the configuration of the power transmitter 10 will be described. AC power is supplied from the drive circuit 12 to the power transmission coil 11. The detection means 13 detects at least one of the presence / absence of the power receiver 20 and the position of the power receiver 20 with respect to the power transmitter 10 in a range where power can be transmitted from the power transmitter 10. The operations of the drive circuit 12 and the detection means 13 are controlled by the control circuit 14. As an example, the control circuit 14 is configured by a microcomputer or the like. A load resistor R3 is connected to both ends of the piezoelectric vibration sensor 15. The output signal of the piezoelectric vibration sensor 15 is amplified by the amplifier circuit 16 and supplied to the control circuit 14.

次に、増幅回路16の構成について説明する。増幅回路16は、抵抗R1、抵抗R2、コンデンサC1、オペアンプOP1を備える。オペアンプOP1の非反転入力端子には、圧電振動センサ15の出力信号が供給されている。オペアンプOP1の反転入力端子は、抵抗R1およびコンデンサC1を介して接地されている。また、オペアンプOP1の反転入力端子と出力端子間には、帰還抵抗R2が接続されている。オペアンプOP1から出力される信号は、制御回路14に供給される。   Next, the configuration of the amplifier circuit 16 will be described. The amplifier circuit 16 includes a resistor R1, a resistor R2, a capacitor C1, and an operational amplifier OP1. The output signal of the piezoelectric vibration sensor 15 is supplied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1. The inverting input terminal of the operational amplifier OP1 is grounded via the resistor R1 and the capacitor C1. A feedback resistor R2 is connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP1. A signal output from the operational amplifier OP1 is supplied to the control circuit 14.

次に、受電器20の構成について説明する。受電コイル21は、電磁誘導作用により送電コイル11から電力を受電する。図示していないが、受電コイル21に印加される電圧は整流回路により整流され、二次電池などの負荷に供給される。   Next, the configuration of the power receiver 20 will be described. The power receiving coil 21 receives power from the power transmitting coil 11 by electromagnetic induction. Although not shown, the voltage applied to the power receiving coil 21 is rectified by a rectifier circuit and supplied to a load such as a secondary battery.

ここで、本発明のワイヤレス電力伝送装置における圧電振動センサ15の構造と実装例を図2に示す。図2は、送電器10の内部構造を示している。圧電振動センサ15は、短柵状の金属板31と圧電材32から構成される。圧電振動センサ15は、短柵状の金属板31の片面に圧電材32として圧電セラミックを貼り付けたユニーモルフ型である。圧電振動センサ15の片端は、固定部材33によりプリント基板34に固定され、カンチレバー構造になっている。圧電振動センサ15の平面とプリント基板34の平面は平行する方向に配置される。プリント基板34の平面は、受電器20が配置される送電器10の表面と、略平行になるよう配置される。なお、送電器10の表面は、受電器20を載置できるよう平面状に形成されている。   Here, the structure and mounting example of the piezoelectric vibration sensor 15 in the wireless power transmission device of the present invention are shown in FIG. FIG. 2 shows the internal structure of the power transmitter 10. The piezoelectric vibration sensor 15 includes a short rail-shaped metal plate 31 and a piezoelectric material 32. The piezoelectric vibration sensor 15 is a unimorph type in which a piezoelectric ceramic is pasted as a piezoelectric material 32 on one surface of a short rail-shaped metal plate 31. One end of the piezoelectric vibration sensor 15 is fixed to the printed board 34 by a fixing member 33 and has a cantilever structure. The plane of the piezoelectric vibration sensor 15 and the plane of the printed circuit board 34 are arranged in parallel directions. The plane of the printed circuit board 34 is disposed so as to be substantially parallel to the surface of the power transmitter 10 on which the power receiver 20 is disposed. In addition, the surface of the power transmitter 10 is formed in a planar shape so that the power receiver 20 can be placed thereon.

送電器10の表面に受電器20を載置するときには、主に送電器10の表面と垂直な方向に振動が発生する。送電器10の表面と垂直する方向において僅かな振動が発生すると、圧電材32の厚み方向にたわみ振動が生じる。よって、圧電効果によりカンチレバーの固有振動周波数の交流電圧信号が圧電振動センサ15から出力される。受電器20を載置したときに主に振動が生じる方向、つまり送電器10の表面に垂直な方向と、金属板31の垂直方向を略一致させることで、受電器20を載置するときの振動を効率よく検出できる。また、カンチレバー構造にすることで、低周波振動において高い感度を持つことができる。   When the power receiver 20 is placed on the surface of the power transmitter 10, vibration is generated mainly in a direction perpendicular to the surface of the power transmitter 10. When slight vibration occurs in a direction perpendicular to the surface of the power transmitter 10, flexural vibration occurs in the thickness direction of the piezoelectric material 32. Therefore, an AC voltage signal having a natural vibration frequency of the cantilever is output from the piezoelectric vibration sensor 15 due to the piezoelectric effect. When the power receiver 20 is placed, the direction in which vibration is mainly generated, that is, the direction perpendicular to the surface of the power transmitter 10 and the vertical direction of the metal plate 31 are substantially matched. Vibration can be detected efficiently. Further, by using a cantilever structure, high sensitivity can be obtained in low frequency vibration.

なお、圧電振動センサ15は、短柵状の金属板31の両面に圧電材32として圧電セラミックを貼り付けたバイモルフ型にしてもよい。また、カンチレバー構造ではなく、振動を検出できるのであれば、他の構造にしてもよい。   The piezoelectric vibration sensor 15 may be a bimorph type in which a piezoelectric ceramic is pasted as a piezoelectric material 32 on both surfaces of a short rail-shaped metal plate 31. Further, instead of the cantilever structure, other structures may be used as long as vibration can be detected.

このように、圧電振動センサ15は送電器10に加わる振動を検出するものである。微小な振動も検出するために、圧電振動センサ15から発生した微弱な電圧信号をオペアンプOP1により増幅している。圧電振動センサ15の負荷抵抗であるR3は、圧電振動センサ15の出力信号を低下させないように、1MΩ程度が適当である。   Thus, the piezoelectric vibration sensor 15 detects vibration applied to the power transmitter 10. In order to detect minute vibrations, a weak voltage signal generated from the piezoelectric vibration sensor 15 is amplified by the operational amplifier OP1. R3 which is the load resistance of the piezoelectric vibration sensor 15 is appropriately about 1 MΩ so as not to decrease the output signal of the piezoelectric vibration sensor 15.

また、圧電振動センサ15が大きな静電容量を持っている場合、オペアンプOP1の入力端に直流バイアスが生じてしまう。そのため、この直流成分がオペアンプOP1によって増幅されるのを抑制する必要がある。   In addition, when the piezoelectric vibration sensor 15 has a large capacitance, a DC bias is generated at the input terminal of the operational amplifier OP1. For this reason, it is necessary to suppress the amplification of the DC component by the operational amplifier OP1.

ここで、抵抗R1の抵抗値をr1、抵抗R2の抵抗値をr2、コンデンサC1のインピーダンスをXc1とする。すると、オペアンプOP1の増幅率Aは、A=r2/(r1+Xc1) +1となる。したがって、十分な容量値を持つコンデンサC1を使えば、直流成分に対してXc1が∞となるので、増幅率A=1となる。一方、交流信号に対しては、r1+Xc1≒r1となるので、増幅率A≒r2/r1+1となる。つまり、直流成分は増幅されず、圧電振動センサ15が検出した交流信号のみを増幅することができる。抵抗R1と直列に接続したコンデンサC1によって、オペアンプOP1に供給される直流成分が増幅されるのを抑制し、圧電振動センサ15の検出感度を向上させることができる。   Here, the resistance value of the resistor R1 is r1, the resistance value of the resistor R2 is r2, and the impedance of the capacitor C1 is Xc1. Then, the amplification factor A of the operational amplifier OP1 is A = r2 / (r1 + Xc1) +1. Therefore, if the capacitor C1 having a sufficient capacitance value is used, Xc1 becomes ∞ with respect to the DC component, and therefore the amplification factor A = 1. On the other hand, for an AC signal, r1 + Xc1≈r1, so that amplification factor A≈r2 / r1 + 1. That is, the DC component is not amplified, and only the AC signal detected by the piezoelectric vibration sensor 15 can be amplified. The capacitor C1 connected in series with the resistor R1 can suppress the amplification of the DC component supplied to the operational amplifier OP1 and improve the detection sensitivity of the piezoelectric vibration sensor 15.

このように、送電器10の表面に受電器20を載置したときに生じる振動を圧電振動センサ15で検出する。得られた検出信号は、増幅回路16を介して制御回路14に供給される。制御回路14は、圧電振動センサ15の振動検出信号に応じて、検出手段13および駆動回路12の動作を制御する。   In this way, the vibration generated when the power receiver 20 is placed on the surface of the power transmitter 10 is detected by the piezoelectric vibration sensor 15. The obtained detection signal is supplied to the control circuit 14 via the amplifier circuit 16. The control circuit 14 controls the operation of the detection means 13 and the drive circuit 12 according to the vibration detection signal of the piezoelectric vibration sensor 15.

ここで、本発明のワイヤレス電力伝送装置のフローチャートを図3に示す。図3に示すフローチャートを参考に、送電器10の動作フローについて説明する。以下、制御回路14を内蔵したマイコンを用いることとする。   Here, a flowchart of the wireless power transmission apparatus of the present invention is shown in FIG. The operation flow of the power transmitter 10 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. Hereinafter, a microcomputer incorporating the control circuit 14 is used.

まず、電源が供給されると、送電器10のマイコンがスリープ状態になる。スリープ状態では、システムクロックが止まるので、ほとんどの機能が停止し、消費電力が極端に少なくなる。このとき、検出手段13および駆動回路12の動作も停止した状態となる。(ステップS1)。
次に、圧電振動センサ15が振動を検出するか否かを判断する。圧電振動センサ15が振動を検出しない場合、上述した最初のステップS1へ戻り、マイコンはスリープ状態を継続する(ステップS2)。
圧電振動センサ15が振動を検出すると、マイコンの割込み機能を利用して、マイコンをスリープ状態から起動させる(ステップS3)。
そして、送電器10から電力伝送が可能な範囲における受電器20の有無や位置の検出を行う受電器検出モードに移行する。以下、検出手段13および駆動回路12の動作について説明する。まず、マイコンは駆動回路12を制御して送電コイル11に間欠的に電力を送る。そして、検出手段13は、受電器20の接近による送電コイル11に流れる電流の変化や、検出コイルにより受電コイル21から反射した高周波電磁エコー信号などを検出する。これらの検出結果に基づき、受電器20の有無や位置を特定する。ここで、圧電振動センサ15は受電器20が置かれたときの振動のほか、送電器10の場所を動かしたときなどの環境振動についても検知してしまう。そのため、圧電振動センサ15が振動を検出しても、必ずしも送電器10の近傍に受電器20があるとは限らない。そのため、受電器20の有無や位置を確認する期間にタイムリミットを設ける。もし、タイムリミット以内に受電器20が検出されなかった場合、圧電振動センサ15の出力は環境振動によるものと見なされ、上述した最初のステップS1へ戻り、マイコンが再びスリープ状態となる(ステップS4)。
受電器20の有無とその位置が確実に検出された場合、送電コイル11と受電コイル21の位置合わせが行われる(ステップS5)。
送電コイル11と受電コイル21の位置合わせが完了すると、次のID認証や充電モードに移る(ステップS6)。
充電動作が完了した後は、上述した最初のステップS1へ戻り、マイコンが再びスリープ状態となる(ステップS7)。
First, when power is supplied, the microcomputer of the power transmitter 10 enters a sleep state. In the sleep state, since the system clock is stopped, most functions are stopped and the power consumption is extremely reduced. At this time, the operations of the detection means 13 and the drive circuit 12 are also stopped. (Step S1).
Next, it is determined whether or not the piezoelectric vibration sensor 15 detects vibration. If the piezoelectric vibration sensor 15 does not detect vibration, the process returns to the first step S1 described above, and the microcomputer continues the sleep state (step S2).
When the piezoelectric vibration sensor 15 detects vibration, the microcomputer is activated from the sleep state by using the interruption function of the microcomputer (step S3).
And it transfers to the power receiver detection mode which detects the presence or absence and position of the power receiver 20 in the range in which electric power transmission from the power transmitter 10 is possible. Hereinafter, operations of the detection unit 13 and the drive circuit 12 will be described. First, the microcomputer controls the drive circuit 12 to intermittently send power to the power transmission coil 11. And the detection means 13 detects the change of the electric current which flows into the power transmission coil 11 by the approach of the power receiver 20, the high frequency electromagnetic echo signal reflected from the power reception coil 21 by the detection coil, etc. Based on these detection results, the presence / absence and position of the power receiver 20 are specified. Here, the piezoelectric vibration sensor 15 detects not only vibration when the power receiver 20 is placed but also environmental vibration such as when the location of the power transmitter 10 is moved. Therefore, even if the piezoelectric vibration sensor 15 detects vibration, the power receiver 20 is not necessarily near the power transmitter 10. Therefore, a time limit is provided in a period for confirming the presence or absence and position of the power receiver 20. If the power receiver 20 is not detected within the time limit, the output of the piezoelectric vibration sensor 15 is considered to be due to environmental vibration, the process returns to the first step S1 described above, and the microcomputer enters the sleep state again (step S4). ).
When the presence / absence of the power receiver 20 and its position are reliably detected, the power transmission coil 11 and the power reception coil 21 are aligned (step S5).
When the alignment of the power transmission coil 11 and the power reception coil 21 is completed, the process proceeds to the next ID authentication or charging mode (step S6).
After the charging operation is completed, the process returns to the first step S1 described above, and the microcomputer again enters the sleep state (step S7).

以上説明したように、圧電振動センサ15は受電器20の検出に対しての補助的な役割を担っている。圧電振動センサ15によって振動が検出されると、送電器10の表面に受電器20が存在する可能性があると判断し、マイコンを起動する。そして、送電器10から間欠的に送電を開始し、受電器20の有無とその位置を確実に確認する。   As described above, the piezoelectric vibration sensor 15 has an auxiliary role for the detection of the power receiver 20. When vibration is detected by the piezoelectric vibration sensor 15, it is determined that the power receiver 20 may exist on the surface of the power transmitter 10, and the microcomputer is activated. Then, power transmission is started intermittently from the power transmitter 10, and the presence or absence of the power receiver 20 and the position thereof are reliably confirmed.

従来のワイヤレス電力伝送装置の待機モードにおいては、常に送電器からの間欠送電を継続しなければばらないので、待機電力を抑えるために、間欠送電のオン期間の割合を極力に短くする必要があった。それに対し、本実施形態において、送電器10からの間欠送電される期間は、振動検出後の所定時間内に限り行われる。そのため、間欠送電のオン期間の割合を長くしても消費電力を抑えることができるとともに、受電器20を検出する方法の選択肢が増え、設計の柔軟性を高めることができる。   In the standby mode of the conventional wireless power transmission device, intermittent power transmission from the power transmitter must be continued at all times. Therefore, in order to suppress standby power, it is necessary to shorten the on-period ratio of intermittent power transmission as much as possible. It was. In contrast, in the present embodiment, the intermittent power transmission from the power transmitter 10 is performed only within a predetermined time after vibration detection. Therefore, power consumption can be suppressed even if the ratio of the on period of intermittent power transmission is increased, and options for a method of detecting the power receiver 20 can be increased, thereby increasing design flexibility.

例えば、ワイヤレス電力伝送の業界規格によれば、受電器20が送電器10から約100msの間に連続的に電力を確実に受けた場合、受電器20の整流電圧もしくは電力のデータ(一般的に信号強度と呼ぶ)を送電器10へ知らせなければならない。それに基づいて、送電コイル11の近傍に受電コイル21があるかどうか、または、位置合わせが適切かを判断することが可能である。   For example, according to the industry standard of wireless power transmission, when the power receiver 20 receives power from the power transmitter 10 continuously for about 100 ms, the rectified voltage or power data of the power receiver 20 (generally, (Referred to as signal strength) must be communicated to the transmitter 10. Based on this, it is possible to determine whether the power receiving coil 21 is in the vicinity of the power transmitting coil 11 or whether the alignment is appropriate.

具体的に、圧電振動センサ15により振動を検出したら、マイコンがスリープ状態から起動する。そして、送電器10から100msオン/200msオフの間欠電力を送りながら、送電コイル11の近傍に受電コイル21が接近しているかを確認する。いったん送電器10が受電器20から信号強度を受信すると、送電コイル11の近傍に受電コイル21が接近していることが分かる。さらに、信号強度がある閾値以上になると、送電コイル11と受電コイル21の位置合わせが完了したと判断する。また、振動検出後の所定時間内に信号強度を受信できなかった場合、送電器10の近傍に受電器20がないと判断し、間欠送電を止めて、マイコンが振動待ちのスリープ状態に戻る。   Specifically, when vibration is detected by the piezoelectric vibration sensor 15, the microcomputer starts from the sleep state. Then, while transmitting intermittent power of 100 ms on / 200 ms off from the power transmitter 10, it is confirmed whether the power receiving coil 21 is close to the power transmitting coil 11. Once the power transmitter 10 receives the signal strength from the power receiver 20, it can be seen that the power receiving coil 21 is close to the power transmitting coil 11. Furthermore, when the signal strength is greater than or equal to a certain threshold value, it is determined that the alignment of the power transmission coil 11 and the power reception coil 21 has been completed. If the signal strength cannot be received within a predetermined time after vibration detection, it is determined that there is no power receiver 20 in the vicinity of the power transmitter 10, the intermittent power transmission is stopped, and the microcomputer returns to a sleep state waiting for vibration.

ワイヤレス電力伝送装置の送電器10に圧電振動センサ15を設けることで、携帯機器などの受電器20が送電器10に置かれたときに生じる振動を検出できる。これにより、待機状態において送電器10から間欠に送電することなく受電器20の有無を常にチェックすることができるので、待機電力を大幅に低減することができる。   By providing the piezoelectric vibration sensor 15 in the power transmitter 10 of the wireless power transmission device, vibration generated when the power receiver 20 such as a portable device is placed on the power transmitter 10 can be detected. Thereby, since the presence or absence of the power receiver 20 can always be checked without intermittently transmitting power from the power transmitter 10 in the standby state, standby power can be greatly reduced.

本実施形態では、送電器10に加わる振動を検出するために圧電振動センサ15を用いたが、振動を検出できるのであれば、どのような振動センサを用いても構わない。導電性ゴムやシリコンピエゾ抵抗型、渦電流型、静電容量型、光学型など、他の振動センサを用いても構わない。   In the present embodiment, the piezoelectric vibration sensor 15 is used to detect vibration applied to the power transmitter 10, but any vibration sensor may be used as long as vibration can be detected. Other vibration sensors such as conductive rubber, silicon piezoresistive type, eddy current type, capacitance type, and optical type may be used.

次に、本発明のワイヤレス電力伝送装置の変形例のブロック図を図4に示す。なお、上述した実施形態と同じ機能を有する部位には同じ符号を付し、説明は省略する。   Next, a block diagram of a modification of the wireless power transmission device of the present invention is shown in FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the site | part which has the same function as embodiment mentioned above, and description is abbreviate | omitted.

上述した実施形態において、振動センサとして圧電振動センサ15を用いたが、本変形例の送電器10’では、圧電振動センサ15の代わりに圧電ブザー17を用いたものである。なお、圧電ブザー17の動作は、制御回路14により制御される。また、制御回路14と圧電ブザー17の間にはバッファ回路18が設けられている。制御回路14から供給される制御信号は、バッファ回路18内のオペアンプOP2の非反転入力端子に供給されている。また、オペアンプOP2の反転入力端子は、出力端子に接続されている。オペアンプOP2から出力される信号は、圧電ブザー17に供給される。   In the above-described embodiment, the piezoelectric vibration sensor 15 is used as the vibration sensor. However, the power transmitter 10 ′ according to the present modification uses the piezoelectric buzzer 17 instead of the piezoelectric vibration sensor 15. The operation of the piezoelectric buzzer 17 is controlled by the control circuit 14. A buffer circuit 18 is provided between the control circuit 14 and the piezoelectric buzzer 17. The control signal supplied from the control circuit 14 is supplied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP2 in the buffer circuit 18. The inverting input terminal of the operational amplifier OP2 is connected to the output terminal. The signal output from the operational amplifier OP2 is supplied to the piezoelectric buzzer 17.

ワイヤレス電力伝送装置において、受電器20の検出や位置ずれ、位置合わせ終了、充電中、充電完了、エラー発生などいろいろな状態情報は、LEDなどの光で表示することが一般的である。これにより、充電状況等がユーザーに的確に明示される。しかし、LEDに加えて圧電ブザー17を併用し、上述のような状態情報を光と音声でユーザーに知らせると、より直観的で便利である。   In the wireless power transmission device, various state information such as detection of the power receiver 20, displacement, end of alignment, charging, completion of charging, and occurrence of an error is generally displayed with light such as an LED. Thereby, a charging condition etc. are clearly shown to a user. However, it is more intuitive and convenient to use the piezoelectric buzzer 17 in addition to the LED to inform the user of the state information as described above by light and voice.

圧電ブザー17の基本構造は、基本的に円形の金属板と圧電セラミック板を張り合わせたユニモルフ構造である。圧電ブザー17にパルス信号を印加すると、円形のユニモルフに屈曲振動が励起し、音声が発生する。逆に、圧電ブザー17に振動を与えると、圧電効果により、電圧信号が発生するので、原理的に圧電ブザー17が振動センサとして働くことが可能である。   The basic structure of the piezoelectric buzzer 17 is basically a unimorph structure in which a circular metal plate and a piezoelectric ceramic plate are bonded together. When a pulse signal is applied to the piezoelectric buzzer 17, bending vibration is excited in the circular unimorph and sound is generated. Conversely, when vibration is applied to the piezoelectric buzzer 17, a voltage signal is generated due to the piezoelectric effect, so that the piezoelectric buzzer 17 can function as a vibration sensor in principle.

圧電ブザー17から音声を発生させる場合には、バッファ回路18を介して制御回路14から圧電ブザー17にPWM駆動信号を供給する。すると、圧電ブザー17は発音体として動作する。一方、圧電ブザー17が振動を受けると、電荷(電圧信号)が発生し、増幅回路16を介して、制御回路14に供給される。このように、圧電ブザー17は振動センサとしても動作することができる。上述した実施形態と同様に、圧電ブザー17が振動を検出したときに制御回路14(マイコン)を起動させることで、消費電力を低減することができる。   When sound is generated from the piezoelectric buzzer 17, a PWM drive signal is supplied from the control circuit 14 to the piezoelectric buzzer 17 via the buffer circuit 18. Then, the piezoelectric buzzer 17 operates as a sounding body. On the other hand, when the piezoelectric buzzer 17 receives vibration, an electric charge (voltage signal) is generated and supplied to the control circuit 14 via the amplifier circuit 16. Thus, the piezoelectric buzzer 17 can also operate as a vibration sensor. Similarly to the embodiment described above, the power consumption can be reduced by activating the control circuit 14 (microcomputer) when the piezoelectric buzzer 17 detects vibration.

圧電ブザー17を振動検出および音声報知の用途で兼用する場合、圧電ブザー17と制御回路14内のPWM駆動回路を直接接続すると、振動により圧電ブザー17に生じる微弱電荷がPWM駆動回路に吸収されることがある。上述したように、バッファ回路18を介して圧電ブザー17を駆動することで、電荷の吸収を防ぎ、圧電ブザー17が振動センサとして動作するときの感度の低下を防止することができる。また、圧電ブザー17が振動センサとして動作するときの感度は、バッファ用アンプの種類によって大きく異なってくる。感度の低下を防止するためには、バッファ回路18に用いるオペアンプOP2の出力容量を小さくすることが望ましい。   When the piezoelectric buzzer 17 is used for vibration detection and voice notification, when the piezoelectric buzzer 17 and the PWM drive circuit in the control circuit 14 are directly connected, the weak charge generated in the piezoelectric buzzer 17 due to vibration is absorbed by the PWM drive circuit. Sometimes. As described above, by driving the piezoelectric buzzer 17 via the buffer circuit 18, it is possible to prevent charge absorption and to prevent a decrease in sensitivity when the piezoelectric buzzer 17 operates as a vibration sensor. The sensitivity when the piezoelectric buzzer 17 operates as a vibration sensor varies greatly depending on the type of buffer amplifier. In order to prevent a decrease in sensitivity, it is desirable to reduce the output capacity of the operational amplifier OP2 used in the buffer circuit 18.

以上説明したように、受電器20の検出に振動センサを利用することで、極めて低い待機電力を実現できる。また、待機電力を抑えつつ、一時的に消費電力の大きい受電器検知手段を利用することができ、送電器の設計柔軟性を向上できる。また、送電器に音声報知のための圧電ブザーが設けられている場合、圧電ブザーを振動センサとして兼用することが可能であり、上述の機能を低コストで実現できる。   As described above, by using the vibration sensor for detection of the power receiver 20, extremely low standby power can be realized. In addition, it is possible to use a power receiver detection unit that temporarily consumes a large amount of power while suppressing standby power, thereby improving the design flexibility of the power transmitter. In addition, when the power transmitter is provided with a piezoelectric buzzer for voice notification, the piezoelectric buzzer can be used as a vibration sensor, and the above-described function can be realized at low cost.

なお、送電器から受電器に対して電磁誘導により給電するのではなく、磁界共鳴や電界結合などの手法を用いて非接触で給電するようにしても構わない。また、受電器の有無や位置を検出する方法についてはあくまで一例であり、他の方法を用いても構わない。本発明は、技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。   Note that power may be supplied in a non-contact manner using a technique such as magnetic field resonance or electric field coupling instead of supplying power from the power transmitter to the power receiver by electromagnetic induction. Further, the method for detecting the presence or absence and the position of the power receiver is merely an example, and other methods may be used. The present invention can be modified as appropriate without departing from the technical idea.

10 送電器
11 送電コイル
12 駆動回路
13 検出手段
14 制御回路
15 圧電振動センサ
16 増幅回路
17 圧電ブザー
18 バッファ回路
20 受電器
21 受電コイル
31 金属板
32 圧電材
33 固定部材
34 プリント基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power transmitter 11 Power transmission coil 12 Drive circuit 13 Detection means 14 Control circuit 15 Piezoelectric vibration sensor 16 Amplifier circuit 17 Piezoelectric buzzer 18 Buffer circuit 20 Power receiver 21 Power reception coil 31 Metal plate 32 Piezoelectric material 33 Fixing member 34 Printed circuit board

Claims (5)

送電器から受電器に対して非接触で電力伝送を行うワイヤレス電力伝送装置であって、
該送電器は、電力伝送が可能な範囲における該受電器の有無または位置の少なくともいずれかを検出する検出手段と、該検出手段を制御する制御回路と、振動を検出する振動センサを備え、
該振動センサが振動を検出した場合に、該制御回路を起動することを特徴とするワイヤレス電力伝送装置。
A wireless power transmission device that performs non-contact power transmission from a power transmitter to a power receiver,
The power transmitter includes a detection unit that detects at least one of the presence and position of the power receiver in a range in which power transmission is possible, a control circuit that controls the detection unit, and a vibration sensor that detects vibration.
A wireless power transmission device that activates the control circuit when the vibration sensor detects vibration.
前記制御回路が起動してから所定時間内に前記受電器の有無または位置の少なくともいずれかが検出できない場合に、前記制御回路の動作を停止する請求項1に記載のワイヤレス電力伝送装置。   2. The wireless power transmission device according to claim 1, wherein the operation of the control circuit is stopped when at least one of the presence and the position of the power receiver cannot be detected within a predetermined time after the control circuit is activated. 前記振動センサの出力を増幅する増幅回路をさらに備え、該増幅回路は前記振動センサから供給される交流信号のみを増幅するとともに、該増幅回路の出力信号に基づいて前記制御回路を起動する請求項1または2に記載のワイヤレス電力伝送装置。   An amplification circuit for amplifying the output of the vibration sensor is further provided, the amplification circuit amplifies only an AC signal supplied from the vibration sensor, and activates the control circuit based on the output signal of the amplification circuit. The wireless power transmission device according to 1 or 2. 前記振動センサは圧電ブザーであり、
該圧電ブザーは前記受電器の状態情報を報知する請求項1〜3のいずれかに記載のワイヤレス電力伝送装置。
The vibration sensor is a piezoelectric buzzer,
The wireless power transmission device according to any one of claims 1 to 3, wherein the piezoelectric buzzer notifies state information of the power receiver.
前記圧電ブザーと前記制御回路の間にバッファ回路を設けた請求項4に記載のワイヤレス電力伝送装置。
The wireless power transmission device according to claim 4, wherein a buffer circuit is provided between the piezoelectric buzzer and the control circuit.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016039735A (en) * 2014-08-08 2016-03-22 キヤノン株式会社 Charger and control method of the same
KR101755899B1 (en) * 2015-11-26 2017-07-20 한국항공우주연구원 Apparatus for measuring wireless power transmission/reception efficiency
WO2023276140A1 (en) * 2021-07-02 2023-01-05 三菱電機株式会社 Power transmission device and non-contact power supply system

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