JP2014023417A - 移動端末機用ワイヤレス給電データ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力伝送効率が高く、電界結合型電力供給システムの移動端末機用ワイヤレス給電データ装置を提供することを課題とする。
【解決手段】電界結合型電力供給システム用フィルタの結合容量の入力端の出力と、ＤＣ電源電圧及び大容量データを同時伝送可能な電源データ供給機の出力に、各出力と直列にインピーダンスを介して接続し、その一端を機器の出力端に接続した事を特徴とする移動端末機用ワイヤレス給電データ装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動端末機に対して電力供給を行うためのワイヤレス充電器に関するものである。

移動端末機に対して、電力供給を行うためのワイヤレス充電器は、その回路構成が開示され、試作、製品化結果も報告されている。特許文献１の図６の回路構成の入出力端に、二つの並列共振回路を設け、そのインダクタの結合を用いた磁界結合方式により、電力を移動端末機に対して供給する、非接触給電を行う電力供給システムである。この磁界結合で電力を伝送する場合、各コイルを通る磁束の大きさが電力に影響しえるため、コイル間Ｌ１ １６０、Ｌ２ １６１の相対位置関係に高い精度が要求される。（例えば特許文献１、非特許文献３参照）

最近、特許文献１を用いたワイヤレス充電器を搭載した移動端末機が製品化され、販売されている。この移動端末機の分解調査の結果が非特許文献３において報告されている。この報告から判る事はワイヤレス充電器の二つのコイルが大きい面積を占める事である。また、非特許文献３はこの二つのコイルの磁界結合を用いているため、二つのコイルの搭載位置精度が要求される。

また電界結合ワイヤレス充電器としては、図７の回路構成が検討され、製品化されている。単電極構成で、必要な効率を得るため、２．５Ｗ（５Ｗ）送電時結合電極１７０の入力においては１０００（Ｖ）を必要として、このため形状の大きいコイルの変成器を用いている。（非特許文献２）。
図８に示す、データ伝送のための送受信機間を電界結合したシステムと、ワイヤレス充電器用送受信器間を電界結合した電力伝送システムをスイッチで切り替えるシステムがある、スイッチによる電力伝送システムの特性劣化は問題である。（例えば特許文献３）。

特開２０１１−１５２０１８号公報 特開２０１２−０２９５４８号公報 特開２０１２−０２９３２８号公報

「電界結合・共振型ワイヤレス電力伝送技術」、電子情報通信学会技報、ＷＰＯ２０１１−２４（２０１１−１２） 「電界結合のワイヤレス給電薄い電極で携帯機器に対応」，ＮＩＫＫＥＩ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ、２０１１．７．２５，（ｐｐ８７−ｐｐ９４） 「ワイヤレス給電にＴｒａｎｓｆｅｒ Ｊｅｔ無線技術満載の移動端末機を分解」．ＮＩＫＫＥＩ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ、２０１２．４．０２，（ｐｐ２１−ｐｐ２４）

しかしながら、特許文献１は、コイルを用いた磁界結合のため、コイルの位置関係に高い精度が要求され、またコイルの形状により、小型化である事が、特許文献２は、高精度で、高Ｑの安定な直列共振周波数、及び電界結合部電極で高電圧耐圧を必要とする。特許文献３は、移動端末機に対して、電力供給を行うためのワイヤレス充電器として、電界結合型電力フィルタを用い、移動端末機に小型化されたワイヤレス給電器により電力を供給する方式で、両システムをスイッチ切り替える方式であり、データ伝送時において同時に電力伝送を行えない為、伝送効率の低下をもたらす課題があり、電力伝送について高効率特性が必要である事が課題とした。

本発明は、大容量データを同時伝送可能な電源データ供給機の送信装置と受信装置の間の信号送受信に用いられる電界結合型電極の送受信間容量を、電界結合型ワイヤレス電力伝送用フィルタの結合容量として用いた事を特徴とする。図５に示されている如く、送信部５２、受信部５４で構成された電界結合型ワイヤレス電力伝送用フィルタで形成されたワイヤレス給電用電力で、電磁結合を用いたワイヤレス給電用電力のコイルの高精度位置合わせの問題、電界結合を用いたワイヤレス給電電力における高電圧の問題等を除去した移動端末機用ワイヤレス給電電力機能を持つ事を特徴とする。

発明が解決しようとする手段

従来、図５に示す如く、送信装置１００、受信装置２００の大容量データを同時伝送可能な電源データ供給機と、送信部５２、受信部５４の電界結合型ワイヤレス電力伝送用フィルタは独立して動作し、用いられていた。上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の電界結合型電力供給システム用フィルタを搭載する電力供給システムの発振源の送信側出力と、近距離の高速無線通信技術を用いた大容量データを同時伝送可能なデータ転送機の両方の発振信号を共存させるインピーダンスを各機器の出力電極端に設けた事を特徴とする移動端末機用ワイヤレス給電データ装置。

また、請求項２の、電界結合型電力供給システム用フィルタを搭載する電力供給システムの出力に用いるＺ２はフィルタに用いられる伝送周波数を通過帯域とする低域通過フィルタで形成し、近距離高速データ転送機の伝送周波数を共存させるインピーダンスＺ１は、たとえばＴｒａｎｓｆｅｒ ｊｅｔの様な４．４８ＧＨｚ±２８０ＭＨｚを信号帯域にあるＺ１をその信号帯域を通過帯域とする高域通過フィルタで形成し、各機器の出力端に設け、分波接続した事を特徴とする移動端末機用ワイヤレス給電データ装置。

請求項３において、電界結合型電力供給システム用フィルタの発振周波数を１３．５６ＭＨｚとした場合の搭載する電力供給システムの出力に用いるＺ２は、インダクタ（Ｌ２）のみで、その値はＬ２＝２４ｎＨとなり、またＺ１は、容量（Ｃ１）のみでＣ１＝２２ｐＦである事を特徴とする移動端末機用ワイヤレス給電データ装置。

請求項４、共通結合電極（キャパシタ）が一つの時は、不平衡電界結合型電力供給システムでも、平衡電界結合型電力供給システムの一つのみ兼用する事が出来、フィルタを搭載する電力供給システムの発振源側出力に用いるＺ２はフィルタに用いられる周波数を通過帯域とする低域通過フィルタで形成し、大容量データを同時伝送可能な電源データ供給機のデータを共存させるインピーダンスＺ１は４．４８ＧＨｚ±２８０ＭＨｚを信号帯域にあるＺ１をその信号帯域を通過帯域とする高域通過フィルタで形成し、各機器の出力端に設け、分波接続した事を特徴とする移動端末機用ワイヤレス給電データ装置。

請求項５の平衡電界結合型電力供給システムの両方の共通結合電極を兼用する場合、２ケ分の電極を誘電電界電極アンテナとして利用し、両方のキャパシタの平衡電界結合型電力供給システム用フィルタを搭載する電力供給システムの一つの結合容量の発振源側出力に用いるＺ２はフィルタに用いられる周波数を通過帯域とする低域通過フィルタで形成し、大容量データを同時伝送可能な電源データ供給機のデータを共存させるインピーダンスＺ１は４．４８ＧＨｚ±２８０ＭＨｚを信号帯域にあるＺ１をその信号帯域を通過帯域とする高域通過フィルタで形成し、各機器の出力端に設け、分波接続した事を特徴とする移動端末機用ワイヤレス給電データ装置。

請求項６の電界結合型電力供給システム用フィルタのキャパシタの大きさは実装出来る範囲で決まり、大きいほど効率や安定度は高いが、ダウンサイズも可能、キャリア周波数帯を高くする、アンテナの高次モードで合わせた最適なサイズにする事も可能である。

請求項７のカップラには電極、スタブ、グランドを有し、又はカップラ、グランドを有し、スタブは分波器のフィルター部へ具備したカップラを用いた移動端末機用ワイヤレス給電データ装置で、請求項８の前記出力端で、高アイソレーションが必要な時は低域通過フィルタ、高域通過フィルタ以外に帯域通過フィルタ、帯域除去フィルタを追加した移動端末機用ワイヤレス給電データ装置。

発明の効果

本発明によれば、大容量データを同時伝送可能な電源データ供給機の送信装置と受信装置の間の信号送受信に用いられる電界結合アンテナの容量を、電界結合型ワイヤレス電力伝送用フィルタの結合容量として用いた電界結合型ワイヤレス電力伝送用フィルタで形成されたワイヤレス給電装置で、電磁誘導結合を用いたワイヤレス給電データ装置のコイルの高精度位置合わせの問題を無くすことを特徴とし、また、電界結合型電力供給システム用フィルタの他の容量を二つの薄型基板の間隔で実現する事により、装置の小型化が実現できる事である。

移動端末機用ワイヤレス給電データ装置（１）基本構成。 移動端末機用ワイヤレス給電データ装置（２）不平衡型で一つの結合容量。 移動端末機用ワイヤレス給電データ装置（３）平衡型で一つの結合容量。 移動端末機用ワイヤレス給電データ装置（４）平衡型で二つの結合容量。 従来の移動端末機用ワイヤレス給電データ装置。 特許文献１の回路構成。 非特許文献２の回路構成。 特許文献３の回路構成。

図１は本発明の基本構成を示す。図１において、大容量データを同時伝送可能な電源データ供給機の送信装置１００と受信装置２００の間の信号送受信に用いられる、送信用カプラ１５０と受信用カプラ２５０の間の電極を、電界結合型電力伝送用フィルタの結合容量として用いた事を特徴とする。図１の電界結合型電力伝送用フィルタは、送信装置５２は発振器６０、送信側共振部６２、受信側結合容量部Ｃ６４、Ｃ６６及び受信装置５４は受信側結合容量Ｃ８０、Ｃ８２、受信共振部８４、回路負荷部８８で構成されている。このフィルタの送受共振器部は並列共振回路とトランスで構成され、この移動端末機用のワイヤレス給電用電力は、図１の青点線示される送受カプラ間で、結合容量（カプラ１５０とカプラ２５０の容量の代わり）Ｃ１１ １２０が形成される。一方、電界結合型電力伝送用フィルタの結合容量Ｃ１の代わりに、結合容量はＣ１１としても用いられる。前記、電界結合型電力供給システム用フィルタを搭載する電力供給システムの出力に用いるＺ２ １１０は、フィルタに用いられる伝送周波数を通過帯域とする低域通過フィルタで形成し、近距離高速データ転送機の伝送周波数を共存させるインピーダンスＺ１ １００は４．４８ＧＨｚ±２８０ＭＨｚを信号帯域にあるＺ１をその信号帯域を通過帯域とする高域通過フィルタで形成し、各機器の出力端に設け、分波接続した移動端末機用ワイヤレス給電データ装置で、ワイヤレスレス給電用電力は、電磁結合を用いたワイヤレス給電電力のコイルの高精度位置合わせの問題、電界結合を用いたワイヤレス給電電力における高電圧の問題等を除去した移動端末機用ワイヤレス給電電力機能を持つ事を特徴とする。

実施例２は電界結合型電力供給システムの搭載する不平衡電界結合型ワイヤレス電力伝送用フィルタの場合で、結合容量が一つで、Ｃ１（半角空ける）１２２の場合で、図２に示す。この場合、実施例１の場合と同様に、送受カプラ間で、結合容量（カプラ１５０とカプラ２５０の容量の代わり）Ｃ１１が形成される。一方、不平衡型電力伝送用のフィルタの結合容量Ｃ１ １２２の代わりで、Ｃ１１ １２０を結合容量としてしても形成される。大容量データを同時伝送可能な電源データ供給機の送信装置１００と受信装置２００の間の信号送受信の信号帯域路、４．４８ＧＨｚ±２８０ＭＨｚの信号帯域を通過帯域とする高域通過フィルタＺ１を設ける。Ｚ１は容量のみで構成される、容量値は２２（ｐＦ）である。不平衡電界結合型ワイヤレス電力伝送用フィルタに用いられる結合容量の入出力端に接続される、１３．５６ＭＨｚを通過帯域とする低域通過フィルタをＺ２とすると、インダクタンス値は２４．ｎＨになる。このＺ１、Ｚ２を用いる事により、図２の出力端には．４８ＧＨｚ±２８０ＭＨｚを信号波と、移動端末機にワイヤレス給電する電界結合型ワイヤレス電力伝送用システムの電力波が効率よく混在できる事を本発明は特徴とする。

実施例３は電界結合型電力供給システムの搭載する平衡電界結合型ワイヤレス電力伝送用フィルタの結合容量が二つで、Ｃ３１、Ｃ３２の場合を図３に示す。この場合、実施例２の場合と同様に、送受カプラ間の容量（カプラ１５０とカプラ２５０の容量）と平衡電界結合型ワイヤレス電力伝送用フィルタの一つの結合容量Ｃ３１ １４４の代わりに、一つの結合容量Ｃ１１ １２０をとして用いた場合である。他の一つの結合容量Ｃ３２ １４５は基板間の間隔で形成される通常の容量と同様に形成される。大容量データを同時伝送可能な電源データ供給の場合、大容量データを同時伝送可能な電源データ供給機の送信装置１００と受信装置２００の間の信号送受信の信号帯域路、４．４８ＧＨｚ±２８０ＭＨｚの信号帯域を通過帯域とする高域通過フィルタのＺ１は容量のみで構成され、容量値は２２（ｐＦ）である。平衡電界結合型ワイヤレス電力伝送用フィルタに用いられる結合容量は１３．５６ＭＨｚを通過帯域とする低域通過フィルタの、Ｚ２のインダクタンス値は２４．ｎＨになる。
このＺ１、Ｚ２を用いる事により、図３の出力端には４．４８ＧＨｚ±２８０ＭＨｚを信号波と、移動端末機にワイヤレス給電する電界結合型ワイヤレス電力伝送用システムの電力波が効率よく混在できる事を本発明は特徴とする。

実施例４は電界結合型電力供給システムの搭載する平衡電界結合型ワイヤレス電力伝送用フィルタの結合容量が二つで、Ｃ３１、Ｃ３２の場合を図４に示す。この場合、実施例３の場合のＣ３１、Ｃ３２を送受カプラ構成する事で、Ｃ３１、Ｃ３２について作る。送受カプラ間の出力にハイブリッド、Ｈ１ ３００、Ｈ２ ３０１を設け、このＨ１、Ｈ２は大容量データを同時伝送可能な電源データ供給機の送信装置の送信カプラの入力端と、該受信装置の受信カプラの出力端に設けた事を特徴とする。ハイブリッドのライン長は同じ長さで同相合成できるように揃えた構成とする。送受カプラ間の容量（カプラ１５０とカプラ２５０の容量）と平衡電界結合型ワイヤレス電力伝送用フィルタのＣ３１を一つの結合容量Ｃ１１として用いた場合である。他の容量Ｃ３２も、もう一つの結合容量Ｃ１２で形成されている。また大容量データ伝送として使用される送受カプラ間の容量（カプラ１５０とカプラ２５０の間の容量）の代わりにＣ１１とＣ１２が用いられる事を特徴とする。大容量データを同時伝送可能な電源データ供給機の送信装置１００と受信装置２００の間の信号送受信の信号帯域路、４．４８ＧＨｚ±２８０ＭＨｚの信号帯域を通過帯域とする高域通過フィルタのＺ１は容量のみで構成され、容量値は２２（ｐＦ）である。平衡電界結合型ワイヤレス電力伝送用フィルタに用いられる結合容量は１３．５６ＭＨｚを通過帯域とする低域通過フィルタの、Ｚ２のインダクタンス値は２４．ｎＨになる。この場合、Ｚ１を４個、Ｚ２を４個、用いれば、二つの平衡結合型ワイヤレス電力伝送用フィルタの結合容量が送受カプラで置換可能である。

以上要するに、本発明によれば、大容量データを同時伝送可能な電源データ供給機の送信装置と受信装置の間の信号送受信に用いられる電界結合アンテナの容量を、電界結合型ワイヤレス電力伝送用フィルタの結合容量として用いた電界結合型ワイヤレス電力伝送用フィルタで形成された移動端末機用ワイヤレス給電データ装置は小型化に対して有用である。尚、電力伝送周波数は１３．５６ＭＨｚ等の周波数帯域であり、大容量データ伝送周波数は４．４８ＧＨｚ等で構成しているが、他の周波数帯でも構成は可能である。

１００、２００・・・送信装置、受信装置
１５０、２５０・・・送受信装置用カプラ
５２、５４・・・電力伝送システム送信部、受信部
６０、６２、６４、６６・・・発振部、送信側共振部、送信側結合電極部
８０、８２、８４、８６、８８・・受信側結合容量部、共振部、整流部、回路負荷部
１００、１０１・・・データ伝送システム高域フィルタ
１１０、１１１・・・電力伝送システム低域フィルタ
１２０・・・送受信用カプラで形成される容量
１２１・・・送受信用カプラで形成される容量
１３０、１３２・・・送信側インダクタ、受信側インダクタ
１３１、１３３・・・送信側変成器変成比、受信側変成器変成比
１４０、１４１・・・送信側容量、受信側容量
１４２、１４３・・・送信側インダクタ、受信側インダクタ
１４４、１４５・・・結合容量
３００、３０１・・・送受信装置ハイブリツド
１６０、１６１・・・Ｌ１、Ｌ２
１７０・・・結合電極

Claims (8)

1. 電界結合型電力供給システム用フィルタを搭載する電力供給システムの発信源の送信側出力と、近距離の高速無線通信技術を用いた大容量データを同時伝送可能なデータ転送機の両方の発振信号を共存させるインピーダンスを各機器の出力端に設けた事を特徴とする移動端末機用ワイヤレス給電データ装置。
2. 請求項１において、電界結合型電力供給システム用フィルタを搭載する電力供給システムの出力に用いるＺ２はフィルタに用いられる伝送周波数を通過帯域とする低域通過フィルタで形成し、近距離高速データ転送機の伝送周波数を共存させるインピーダンスＺ１は４．４８ＧＨｚ±２８０ＭＨｚを信号帯域にあるＺ１をその信号帯域を通過帯域とする高域通過フィルタで形成し、各機器の出力端に設け、分波接続した事を特徴とする移動端末機用ワイヤレス給電データ装置。
3. 請求項２において、電界結合型電力供給システム用フィルタの発信周波数を１３．５６ＭＨｚとした場合の搭載する電力供給システムの出力に用いるＺ２は、インダクタ（Ｌ２）のみで、その値はＬ２＝２４ｎＨとなり、またＺ１は、容量（Ｃ１）のみでＣ１＝２２ｐＦである事を特徴とする移動端末機用ワイヤレス給電データ装置。
4. 共通キャパシタが一つの時は、不平衡電界結合型電力供給システムでも、平衡電界結合型電力供給システムの一つのみ兼用する事が出来、フィルタを搭載する電力供給システムの発信源側出力に用いるＺ２は、フィルタに用いられる周波数を通過帯域とする低域通過フィルタで形成し、大容量データを同時伝送可能な電源データ供給機のデータを共存させるインピーダンスＺ１は、４．４８ＧＨｚ±２８０ＭＨｚを信号帯域にあるＺ１をその信号帯域を通過帯域とする高域通過フィルタで形成し、各機器の出力端に設け、分波接続した事を特徴とする移動端末機用ワイヤレス給電データ装置。
5. 平衡電界結合型電力供給システムの両方のキャパシタを兼用する場合、２ケ分のキャパシタを誘電電界キャパシタアンテナとして利用し、両方のキャパシタの平衡電界結合型電力供給システム用フィルタを搭載する電力供給システムの一つの結合容量の発信源側出力に用いるＺ２はフィルタに用いられる周波数を通過帯域とする低域通過フィルタで形成し、大容量データを同時伝送可能な電源データ供給機のデータを共存させるインピーダンスＺ１は４．４８ＧＨｚ±２８０ＭＨｚを信号帯域にあるＺ１をその信号帯域を通過帯域とする高域通過フィルタで形成し、各機器の出力端に設け、分波接続した事を特徴とする移動端末機用ワイヤレス給電データ装置。
6. 電界結合型電力供給システム用フィルタのキャパシタの大きさは実装出来る範囲で決まり、大きいほど効率や安定度は高いが、ダウンサイズも可能、周波数帯を高くする、アンテナの高次モードで合わせ最適なサイズにする。
7. カップラには電極、スタブ、グランドを有し、又はカップラ、グランドを有し、スタブは分波器のフィルター部を具備したカップラを用いた移動端末機用ワイヤレス給電データ装置。
8. 前記出力端で高アイソレーションが必要な時は低域通過フィルタ、高域通過フィルタ以外に帯域通過フィルタ、帯域除去フィルタを追加した移動端末機用ワイヤレス給電データ装置。