JP2013247707A

JP2013247707A - 送電装置

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Publication number: JP2013247707A
Application number: JP2012117653A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Sasaki; 健一佐々木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2013-12-09
Anticipated expiration: 2032-05-23
Also published as: JP5814858B2; US20130313910A1; US8648564B2

Abstract

【課題】待機電力を無くすことができる送電装置を提供する。
【解決手段】一実施形態によれば、送電装置は、電源部と、送電コイルと、第１のスイッチと、圧電素子と、第１のスイッチ制御部と、を備える。前記送電装置は、受電装置を載置可能である。前記電源部は、電力入力端子に供給された電力を用いて送電電力を生成する。前記送電コイルは、前記送電電力をワイヤレスで送電する。前記第１のスイッチは、一旦オンになると次にオフになるまで外部電源と前記電力入力端子とを電気的に接続し、一旦オフになると次にオンになるまで電気的な接続を遮断する。前記圧電素子は、載置された前記受電装置の重さを検出可能な位置に配置され、載置された前記受電装置の重さに応じた検出電力を発生する。前記第１のスイッチ制御部は、前記検出電力により起動電力を生成して、この起動電力を用いて前記第１のスイッチをオンに切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、送電装置に関する。

電磁誘導を利用して受電装置にワイヤレス給電を行う送電装置（充電台）が知られている。受電装置としては、例えば、携帯電話などが挙げられる。ユーザは、受電装置を送電装置の上に載置するだけで、ワイヤレスで送電された電力によって受電装置の内蔵バッテリーを充電できる。いつ受電装置が載置されても充電可能なように、送電装置は商用電源に常時接続されている。

送電装置は、消費電力の低減などの目的で、受電装置が近くに存在している時に充電用の電力を送電して、受電装置が近くに存在していない時には充電用の電力を送電しない。そのために、送電装置は、例えば、ある時間間隔でＰＩＮＧ（ピン）信号を送信し、受電装置からの返答の有無によって、近くに受電装置が存在しているか否かを確認している。つまり、送電装置は、近くに受電装置が存在していない待機状態であっても、受電装置の存在を確認するために数ｍＷの待機電力が必要である。

特開２０１１−８３０６７号公報

本発明が解決しようとする課題は、待機電力を無くすことができる送電装置を提供することである。

一実施形態によれば、送電装置は、電源部と、送電コイルと、第１のスイッチと、圧電素子と、第１のスイッチ制御部と、を備える。前記送電装置は、ワイヤレスで受電した電力を用いて内蔵バッテリーを充電する受電装置を載置可能である。前記電源部は、電力入力端子を有し、前記電力入力端子に供給された電力を用いて送電電力を生成する。前記送電コイルは、前記送電電力を前記受電装置にワイヤレスで送電する。前記第１のスイッチは、オン切替の制御を受けて一旦オンになると次にオフ切替の制御を受けてオフになるまで外部電源と前記電力入力端子とを電気的に接続し、前記オフ切替の制御を受けて一旦オフになると次に前記オン切替の制御を受けてオンになるまで前記外部電源と前記電力入力端子との電気的な接続を遮断する。前記圧電素子は、載置された前記受電装置の重さを検出可能な位置に配置され、載置された前記受電装置の重さに応じた検出電力を発生する。前記第１のスイッチ制御部は、前記検出電力により起動電力を生成して、この起動電力を用いて前記第１のスイッチをオンに切り替える。

一実施形態に係る送電装置と受電装置の外形を概略的に示す斜視図である。一実施形態に係る送電装置のブロック図である。

以下に、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。この実施形態は、本発明を限定するものではない。

図１は、一実施形態に係る送電装置１０と受電装置２０の外形を概略的に示す斜視図である。図１に示すように、送電装置１０は、平板形状の筐体１１を備えている。筐体１１は、受電装置２０を載置可能な上面（載置部）１１ａを有する。受電装置２０は、送電装置１０の筐体１１の上面１１ａに載置されている。

送電装置１０は、電磁誘導を利用して、筐体１１の上面１１ａ側からワイヤレスで受電装置２０に電力を送電する。受電装置２０は、受電コイル及び内蔵バッテリーを備えており、受電コイルによってワイヤレスで受電した電力を用いて内蔵バッテリーを充電する。受電装置２０は、例えば、携帯電話、ゲーム機器およびカメラなどの携帯機器であり、内蔵バッテリーの電力で動作する。このように、送電装置１０は充電台として機能する。

これらの送電装置１０と受電装置２０は、例えば、ワイヤレスパワーコンソーシアム（WPC : Wireless Power Consortium）の規格に準拠して電力の送電及び受電を行う。

図２は、一実施形態に係る送電装置１０のブロック図である。図２に示すように、送電装置１０は、電源部１２と、送電コイル１３と、第１のスイッチＳＷ１と、圧電素子（ピエゾ素子）１４と、第１のスイッチ制御部１５と、第２のスイッチ制御部１６と、を備える。図１に示した筐体１１は、これらの電源部１２、送電コイル１３、第１のスイッチＳＷ１、圧電素子１４、第１のスイッチ制御部１５および第２のスイッチ制御部１６を収容している。

電源部１２は、電力入力端子１２ａを有し、電力入力端子１２ａに供給された交流電力を用いて送電電力を生成する。電源部１２は、供給された交流電力を直流電力に変換して、この直流電力によって動作する。電源部１２は、送電コイル１３を駆動するフルブリッジインバータなどのブリッジ回路１２１と、ブリッジ回路１２１及び電源部１２をワイヤレスパワーコンソーシアムの規格に準拠して制御する制御部１２２と、を有する。

送電コイル１３は、例えば、筐体１１の上面１１ａの下に収容されていて、電源部１２で生成された送電電力を受電装置２０にワイヤレスで送電する。

第１のスイッチＳＷ１は、外部電源Ｐに一端が接続され、電源部１２の電力入力端子１２ａに他端が接続されている。第１のスイッチＳＷ１は、一旦オンになると次にオフになるまで外部電源Ｐと電力入力端子１２ａとを電気的に接続し、一旦オフになると次にオンになるまで外部電源Ｐと電力入力端子１２ａとの電気的な接続を遮断する。第１のスイッチＳＷ１は、例えば、トグルスイッチ又は機械式リレーから構成されている。

本実施形態では、外部電源Ｐは商用の交流電源である。つまり、第１のスイッチＳＷ１は、外部電源Ｐからの交流電力を電源部１２に供給するか否か切り替える。通常、第１のスイッチＳＷ１の一端は、電源プラグ（図示せず）を用いて外部電源Ｐに常時接続されている。

圧電素子１４は、載置された受電装置２０の重さを検出可能な位置に配置され、載置された受電装置２０の重さに応じた検出電力Ｐｄを発生する。

例えば、筐体１１の上面１１ａの内部側に柱状部材が設けられて、受電装置２０が上面１１ａに載置された時に柱状部材によって圧力が加えられる位置に圧電素子１４が配置されていてもよい。

第１のスイッチ制御部１５は、検出電力Ｐｄにより起動電力Ｐａを生成して、この起動電力Ｐａを用いて第１のスイッチＳＷ１をオンに切り替える。本実施形態では、第１のスイッチ制御部１５は、ブリッジダイオード（整流回路）Ｂ１と、平滑容量（平滑回路）Ｃ１と、容量素子（蓄電素子）Ｃ２と、第２のスイッチＳＷ２と、を有する。

ブリッジダイオードＢ１は、４つのダイオードから構成された全波整流回路であり、圧電素子１４で発生された検出電力Ｐｄを全波整流して整流電力を出力する。

平滑容量Ｃ１は、整流電力が一端に供給され、接地に他端が接続され、整流電力を平滑する。

容量素子Ｃ２は、接地に一端が接続され、第１のスイッチＳＷ１をオンに切り替え可能な電力を充電可能である。

第２のスイッチＳＷ２は、容量素子Ｃ２の他端に一端が接続され、平滑された整流電力が制御端子に供給されている時にオンになり容量素子Ｃ２の電力を起動電力Ｐａとして他端から出力する。また、第２のスイッチＳＷ２は、平滑された整流電力が制御端子に供給されていない時にオフになり起動電力Ｐａの出力を停止する。

本実施形態では、第２のスイッチＳＷ２は、容量素子Ｃ２の他端に接続されたソースと、平滑された整流電圧が供給されるゲートと、起動電力Ｐａを出力するドレインと、を有するＮ型ＭＯＳトランジスタＮＭ１から構成されている。

第２のスイッチ制御部１６は、例えば、ユーザが操作可能なように筐体１１の側面などに設けられ、ユーザの操作に応じて第１のスイッチＳＷ１をオンに切り替える。

また、電源部１２は、電力入力端子１２ａに供給された交流電力を用いて容量素子Ｃ２の他端に直流電力を供給することで、容量素子Ｃ２を充電するようになっている。

また、受電装置２０は、内蔵バッテリーの充電が完了している時、充電完了信号を送信する。電源部１２は、送電コイル１３を介して充電完了信号を検出した時、第１のスイッチＳＷ１をオフに切り替える。

次に、送電装置１０の動作を説明する。

受電装置２０が載置されていない待機状態では、送電装置１０の圧電素子１４は検出電力Ｐｄを発生していない。従って、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＮＭ１はオフしている。また、第１のスイッチＳＷ１もオフしている。これにより、外部電源Ｐからの交流電力は送電装置１０において消費されず、待機電力はゼロである。

この待機状態にある送電装置１０の筐体１１の上面１１ａに、ユーザによって受電装置２０が載置されると、圧電素子１４に重さ（圧力）が加わることにより、圧電素子１４は検出電力Ｐｄを発生する。これにより、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＮＭ１はオンになって起動電力Ｐａを第１のスイッチＳＷ１に出力する。この起動電力Ｐａにより第１のスイッチＳＷ１はオンして、外部電源Ｐからの交流電力が電源部１２に供給される。これにより、電源部１２は送電電力を生成して、送電コイル１３は送電電力を受電装置２０に送電する。

圧電素子１４が検出電力Ｐｄを発生するのは、圧電素子１４に重さが加えられた瞬間、及び、その後加えられた重さが変化している期間である。そのため、一般的には、ユーザが受電装置２０の載置を完了して受電装置２０から手を放した後、検出電力Ｐｄは減少してゼロになると想定される。しかし、本実施形態では、トグルスイッチなどから構成された第１のスイッチＳＷ１は、オン切替の制御を受けて一旦オンになると次にオン切替の制御とは独立したオフ切替の制御を受けてオフになるまで外部電源Ｐと電力入力端子１２ａとを電気的に接続するため、送電装置１０は送電電力を送電し続けることができる。

そして、受電装置２０は、受電した電力を用いて内蔵バッテリーを充電する。

前述のように、受電装置２０は、内蔵バッテリーの充電が完了している時、充電完了信号を送信する。電源部１２は、送電コイル１３を介して充電完了信号を検出した時、第１のスイッチＳＷ１をオフに切り替える。これにより、載置された受電装置２０の内蔵バッテリーが既に満充電であった場合や、受電した電力を用いて充電が完了した場合、送電装置１０は、再び待機状態になり、待機電力を無くすことができる。

なお、受電装置２０が載置されたことによって、電源部１２は、供給された交流電力を用いて容量素子Ｃ２を充電している。そのため、第１のスイッチ制御部１５は、容量素子Ｃ２に充電された電力を用いて、次に受電装置２０が載置された際に第１のスイッチＳＷ１をオンに切り替えできる。

ところで、容量素子Ｃ２の容量値などの条件によっては、送電装置１０の待機状態が長時間続いた場合、容量素子Ｃ２が放電することによって第１のスイッチＳＷ１をオンに切り替えできなくなる可能性がある。このような場合には、ユーザは、第２のスイッチ制御部１６を操作することで第１のスイッチＳＷ１を強制的にオンに切り替えてもよい。これにより、送電装置１０は、送電電力を送電すると共に容量素子Ｃ２を再び充電できる。

また、ユーザが充電中の受電装置２０を送電装置１０から外して遠ざけた場合、電源部１２は、例えば、ワイヤレスパワーコンソーシアムの規格に準拠した方法によって受電装置２０が近くに存在しなくなったことを検知して、それによって第１のスイッチＳＷ１をオフに切り替えてもよい。これにより、送電装置１０は、再び待機状態になる。充電中に受電装置２０の存在を確認する方法としては、例えば、電源部１２によって、送電コイル１３を介してある時間間隔でＰＩＮＧ（ピン）信号を送信し、送電コイル１３を介して受電装置２０からの返答の有無を検知する方法など、様々な方法がある。

以上で説明したように、本実施形態によれば、受電装置２０が載置されていない待機状態では、オフ状態の第１のスイッチＳＷ１により、外部電源Ｐからの交流電力を電源部１２に供給しないようにしている。そして、受電装置２０が載置された場合に圧電素子１４が検出電力Ｐｄを発生し、この検出電力Ｐｄを用いて第１のスイッチＳＷ１をオンに切り替え、外部電源Ｐからの交流電力を電源部１２に供給するようにしている。このように、待機電力を必要としない圧電素子１４を用いて受電装置２０の存在を検出するようにしているため、近くに受電装置２０が存在していない場合の送電装置１０の待機電力を無くすことができる。

（変形例）
以上の実施形態に対して、種々の変更を加えることが可能である。

例えば、送電装置１０の筐体１１は、受電装置２０を載置可能な載置部を有していればどのような形状でもよい。

また、整流回路は全波整流回路（ブリッジダイオードＢ１）から構成されている一例について説明したが、例えば、半波整流回路から構成されてもよい。

また、蓄電素子は容量素子Ｃ２から構成されている一例について説明したが、例えば、蓄電池から構成されてもよい。送電装置１０の待機状態が長時間続いても蓄電池が電力を保持できる場合には、第２のスイッチ制御部１６を設けなくてもよい。

さらに、外部電源Ｐは交流電源である一例について説明したが、直流電源でもよい。この場合、電源部１２は、供給された直流電力によって動作する。

また、交流電源である外部電源Ｐと、送電装置１０の第１のスイッチＳＷ１の一端との間にＡＣアダプタを備えてもよい。この場合も、以上の実施形態と同様に待機状態において送電装置１０の待機電力を無くすことができるが、ＡＣアダプタ自体の待機電力は存在することになる。

また、送電装置１０と受電装置２０は、ワイヤレスパワーコンソーシアムの規格に準拠していなくてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０送電装置
１１筐体
１１ａ上面（載置部）
１２電源部
１３送電コイル
１４圧電素子
１５第１のスイッチ制御部
１６第２のスイッチ制御部
Ｂ１ブリッジダイオード（整流回路）
Ｃ１平滑容量（平滑回路）
Ｃ２容量素子（蓄電素子）
ＳＷ１第１のスイッチ
ＳＷ２第２のスイッチ
ＮＭ１Ｎ型ＭＯＳトランジスタ
２０受電装置
Ｐ外部電源

Claims

ワイヤレスで受電した電力を用いて内蔵バッテリーを充電する受電装置を載置可能な送電装置であって、
電力入力端子を有し、前記電力入力端子に供給された電力を用いて送電電力を生成する電源部と、
前記送電電力を前記受電装置にワイヤレスで送電する送電コイルと、
オン切替の制御を受けて一旦オンになると次にオフ切替の制御を受けてオフになるまで外部電源と前記電力入力端子とを電気的に接続し、前記オフ切替の制御を受けて一旦オフになると次に前記オン切替の制御を受けてオンになるまで前記外部電源と前記電力入力端子との電気的な接続を遮断する第１のスイッチと、
載置された前記受電装置の重さを検出可能な位置に配置され、載置された前記受電装置の重さに応じた検出電力を発生する圧電素子と、
前記検出電力により起動電力を生成して、この起動電力を用いて前記第１のスイッチをオンに切り替える第１のスイッチ制御部と、
ユーザの操作に応じて前記第１のスイッチをオンに切り替える第２のスイッチ制御部と、
前記受電装置を載置可能な載置部を有すると共に、前記電源部、前記送電コイル、前記第１のスイッチ、前記圧電素子および前記第１のスイッチ制御部を収容する筐体と、を備え、
前記第１のスイッチ制御部は、
前記検出電力を整流して整流電力を出力する整流回路と、
前記整流電力を平滑する平滑回路と、
充電可能な蓄電素子と、
前記蓄電素子に一端が接続され、平滑された前記整流電力が制御端子に供給されている時にオンになり前記蓄電素子の電力を前記起動電力として他端から出力し、平滑された前記整流電力が前記制御端子に供給されていない時にオフになり前記起動電力の出力を停止する第２のスイッチと、を有し、
前記電源部は、前記電力入力端子に供給された電力を用いて前記蓄電素子を充電し、
前記受電装置は、前記内蔵バッテリーの充電が完了している時、充電完了信号を送信し、
前記電源部は、前記送電コイルを介して前記充電完了信号を検出した時、前記第１のスイッチをオフに切り替える
ことを特徴とする送電装置。
ワイヤレスで受電した電力を用いて内蔵バッテリーを充電する受電装置を載置可能な送電装置であって、
電力入力端子を有し、前記電力入力端子に供給された電力を用いて送電電力を生成する電源部と、
前記送電電力を前記受電装置にワイヤレスで送電する送電コイルと、
オン切替の制御を受けて一旦オンになると次にオフ切替の制御を受けてオフになるまで外部電源と前記電力入力端子とを電気的に接続し、前記オフ切替の制御を受けて一旦オフになると次に前記オン切替の制御を受けてオンになるまで前記外部電源と前記電力入力端子との電気的な接続を遮断する第１のスイッチと、
載置された前記受電装置の重さを検出可能な位置に配置され、載置された前記受電装置の重さに応じた検出電力を発生する圧電素子と、
前記検出電力により起動電力を生成して、この起動電力を用いて前記第１のスイッチをオンに切り替える第１のスイッチ制御部と、を備える
ことを特徴とする送電装置。
前記第１のスイッチ制御部は、
前記検出電力を整流して整流電力を出力する整流回路と、
前記整流電力を平滑する平滑回路と、
充電可能な蓄電素子と、
前記蓄電素子に一端が接続され、平滑された前記整流電力が制御端子に供給されている時にオンになり前記蓄電素子の電力を前記起動電力として他端から出力し、平滑された前記整流電力が前記制御端子に供給されていない時にオフになり前記起動電力の出力を停止する第２のスイッチと、を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の送電装置。
前記電源部は、前記電力入力端子に供給された電力を用いて前記蓄電素子を充電する
ことを特徴とする請求項３に記載の送電装置。
ユーザの操作に応じて前記第１のスイッチをオンに切り替える第２のスイッチ制御部を備える
ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の送電装置。
前記受電装置は、前記内蔵バッテリーの充電が完了している時、充電完了信号を送信し、
前記電源部は、前記送電コイルを介して前記充電完了信号を検出した時、前記第１のスイッチをオフに切り替える
ことを特徴とする請求項２から請求項５の何れかに記載の送電装置。
前記受電装置を載置可能な載置部を有すると共に、前記電源部、前記送電コイル、前記第１のスイッチ、前記圧電素子および前記第１のスイッチ制御部を収容する筐体を備える
ことを特徴とする請求項２から請求項６の何れかに記載の送電装置。