JP2014165967A - Power transmitter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁誘導を用いて受電器に非接触で電力を伝送する送電器に関する。 The present invention relates to a power transmitter that transmits electric power to a power receiver in a contactless manner using electromagnetic induction.
携帯電話などの電子機器端末に対して、非接触で電力を伝送するワイヤレス充電が普及している。ワイヤレス充電は、送電器に内蔵された送電コイルと、電子機器端末などの受電器に内蔵された受電コイルとの間に電磁誘導を生じさせることにより、非接触で電力伝送を行う。受電コイルに伝送された電力は、整流回路を介して受電器に内蔵された二次電池などの負荷に供給される。
ワイヤレス充電は、送電器に受電器を載置するだけで充電することができ、電源コネクタを抜き差しする必要がないため便利である。さらに、充電するための電源コネクタを設ける必要がないため、受電器に防水機能や防塵機能を付加しやすいなどのメリットがある。
Wireless charging that transmits power in a contactless manner to electronic device terminals such as mobile phones has become widespread. In wireless charging, electromagnetic induction is generated between a power transmission coil built in a power transmitter and a power reception coil built in a power receiver such as an electronic device terminal, thereby performing power transmission without contact. The power transmitted to the power receiving coil is supplied to a load such as a secondary battery built in the power receiver via the rectifier circuit.
Wireless charging is convenient because charging can be performed simply by placing the power receiver on the power transmitter, and it is not necessary to connect or disconnect the power connector. Furthermore, since there is no need to provide a power connector for charging, there is an advantage that it is easy to add a waterproof function and a dustproof function to the power receiver.
近年、一つの送電器で様々な受電器を充電できるようにする汎用のワイヤレス充電の規格、例えばWPC(Wireless Power Consortium)の規格(以降、WPC規格と呼ぶ)が規格化されてきている。
一般的に、ワイヤレス充電は送電器から受電器への電力伝送の効率を向上させるため、送電コイルと受電コイルとの位置を正確に合わせる必要がある。受電器と送電器とが一対一である専用の送電器の場合には、送電器と受電器とが嵌合するような形状とすれば、位置合わせの必要はないが、汎用の送電器の場合には、様々な形状を有する多種多様な受電器に対して一つの送電器で対応しなければならない。これを実現するための方法として、受電コイルの位置を検出して、送電器に設けられた移動機構により、送電コイルを受電コイルの近くに移動させるムービングコイル方式や、送電コイルを一部が重なりあうようにタイル状に敷き並べ、受電コイルの近傍の送電コイルのみを駆動して電力伝送を行うマルチコイル方式等が提案されている(特許文献1、特許文献2参照)。
In recent years, a general-purpose wireless charging standard that enables various power receivers to be charged by a single power transmitter, for example, a WPC (Wireless Power Consortium) standard (hereinafter referred to as a WPC standard) has been standardized.
In general, since wireless charging improves the efficiency of power transmission from a power transmitter to a power receiver, it is necessary to accurately align the positions of the power transmitting coil and the power receiving coil. In the case of a dedicated power transmitter with a one-to-one relationship between the power receiver and the power transmitter, there is no need for alignment if the power transmitter and the power receiver are shaped so that they fit together. In some cases, a single power transmitter must handle a wide variety of power receivers having various shapes. As a method for realizing this, a moving coil system that detects the position of the power receiving coil and moves the power transmitting coil close to the power receiving coil by a moving mechanism provided in the power transmitter, or a part of the power transmitting coil overlaps. A multi-coil system or the like has been proposed in which power is transmitted by arranging only tiles in a tiled manner and driving only a power transmission coil near the power receiving coil (see
しかし、上記したムービングコイル方式では、モーターなどの移動機構と、位置合わせの為の複雑なアルゴリズムが必要となる。また、マルチコイル方式では複数の送電コイルを用いるので、送電器の構成が複雑になる。その結果、送電器の価格が高くなってしまうという問題があった。この価格が高いということが汎用の送電器の普及の妨げになっていた。 However, the moving coil system described above requires a moving mechanism such as a motor and a complicated algorithm for alignment. In addition, since the multi-coil method uses a plurality of power transmission coils, the configuration of the power transmitter becomes complicated. As a result, there is a problem that the price of the power transmitter becomes high. This high price hindered the spread of general-purpose power transmitters.
本発明の送電器は、上記問題に鑑みなされたもので、上面に載置面を有する本体と、該載置面上に配置され、該載置面上を移動可能なガイドバーと、を備えていることを特徴とする。 The power transmitter of the present invention has been made in view of the above problems, and includes a main body having a mounting surface on an upper surface, and a guide bar that is disposed on the mounting surface and is movable on the mounting surface. It is characterized by.
本発明の送電器は、簡素な構成で送電コイルと受電コイルの位置合わせを行い、部材コストを低減することができ、安価な送電器を提供できる。 The power transmitter of the present invention can align the power transmission coil and the power receiving coil with a simple configuration, reduce the member cost, and provide an inexpensive power transmitter.
(実施例1)
以下、図1乃至図5を参照して本発明の送電器の第1の実施例を説明する。
図1は本発明の第1の実施例である送電器の使用状態を示す斜視図であり、図2(a)は送電器の平面図を示し、図2(b)は正面図を示す。図1乃至図2に示すように送電器10は、送電コイルを内蔵した本体20とガイドバー30を備える。
Example 1
Hereinafter, a first embodiment of a power transmitter according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
FIG. 1 is a perspective view showing a usage state of a power transmitter according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 (a) shows a plan view of the power transmitter, and FIG. 2 (b) shows a front view. As shown in FIGS. 1 and 2, the
送電器10の本体20には、スイッチ60が設けられると共に、上面には平坦で長方形の載置面21が、両側面には溝22が設けられる。載置面21には送電器10の状態を通知するためのLED50が設けられる。ガイドバー30は、本体20の載置面21と側面を抱持することができる様にコの字形状に形成され、内側面の本体20の両側面に設けられた溝22と対向する位置に凸部33が設けられる。このガイドバー30は、凸部33が本体20の両側面に設けられた溝22と勘合して、載置面21上を移動することができる様に本体20に取り付けられる。また、ガイドバー30は、ガイドバー30に設けられたネジ70を用いることにより、本体20に対して位置固定が可能となっている。
The
また、本体20の内部には絶縁被膜された導線を渦巻き状に巻線した平面状の送電コイル40が、載置面21の中央に位置する様に内蔵されている。送電コイル40は、表皮効果による抵抗値の増加を低減するために、絶縁被膜された複数の導線が縒り合わされているリッツ線を用いることが多い。この様に形成された送電器10を用いて受電器80に充電する場合、載置面21に、受電コイル81を内蔵した受電器80が載置される。
In addition, a planar
この様な送電器10では、受電コイルの位置を検出するために、送電器において受電器から送信された信号の強度が測定される。測定方法としては、WPC規格に基づいた方法や、受電コイルからのエコー信号による方法などがある。
たとえば、WPC規格に基づいた方法では、受電器の制御系の動作に必要な初期電力を送電器から受電器へ送電し、受電器は100ms以内に、受電器の整流電圧値をデジタル化したデータを負荷変調し、これを信号強度として送電器へ向かって送信する。送電器から受電器へ間歇的に電力を送電することによって、受電器からの信号強度を連続的に受信することができ、これを測定する。また、たとえばエコー信号による方法では、送電コイル近傍に、受電器へパルス信号を間歇的に送信するための励振コイルを配置し、励振コイルによるパルス信号に対して受電コイルに誘導された電流により生じるエコー信号を信号強度として送電器が受信し、測定する。上記の方法に限らず、受電コイルの位置を検出するための信号強度の測定には、種々の方法が利用可能である。
In such a
For example, in the method based on the WPC standard, initial power required for the operation of the control system of the power receiver is transmitted from the power transmitter to the power receiver, and the power receiver receives data obtained by digitizing the rectified voltage value of the power receiver within 100 ms. Is modulated as a signal intensity and transmitted to the power transmitter as signal strength. By intermittently transmitting power from the power transmitter to the power receiver, the signal strength from the power receiver can be continuously received and measured. Further, for example, in the method using an echo signal, an excitation coil for intermittently transmitting a pulse signal to the power receiver is arranged in the vicinity of the power transmission coil, and is generated by a current induced in the power reception coil with respect to the pulse signal by the excitation coil. The transmitter receives the echo signal as signal strength and measures it. In addition to the above method, various methods can be used for measuring the signal intensity for detecting the position of the power receiving coil.
以下、図3乃至図4を用いて位置合わせの手順を説明する。図3は、位置合わせの手順を示すフローチャートであり、図4はそれぞれの状態を説明する図である。図3において、送電コイル40と受電コイル81の位置は点線で示し、図1乃至図2に同様の部分については同じ番号を付し、その説明を省略する。
(1)図4(a)に示すように、通常動作モードで動作している送電器10のガイドバー30を載置面21の一端A側に移動し、ガイドバー30と受電器80とが接触した状態に配置する。このときのガイドバー30の位置をy=y0とする。
(2)スイッチ60を操作すると、送電器10は、受電器80からの信号強度を測定して最大値を更新し続けるピークホールドモードに動作を変更し、LED50の点滅や点灯などで送電器10の動作モードの変更を通知する。ピークホールドモードでは、信号強度Pを連続して測定し、信号強度Pがそれまでの信号強度の最大値Pmaxより大きい場合、信号強度Pを新たな信号強度の最大値Pmaxとし、信号強度の最大値Pmaxを更新し続ける。
(3)図4(b)〜(c)に示すように、ガイドバー30と受電器80とが接触した状態で、載置面21の一端A側から他端B側に向かってゆっくりと移動する。図4(b)では送電コイル40と受電コイル81の位置が略一致した状態であり、この時のガイドバー30の位置をy=y1とし、図4(c)では図4(b)の状態を通り過ぎて再びずれてしまった状態であり、この時のガイドバー30の位置をy=y2とする。ガイドバー30を他端B側まで移動すると信号強度の最大値Pmaxの最終値が得られる。
(4)再びスイッチ60を操作すると、送電器10は、コンペアモードに動作を変更し、LED50の点滅や点灯などで送電器10の動作モードの変更を通知する。コンペアモードもピークホールドモードと同様に、信号強度Pを連続して測定するが、信号強度の最大値Pmaxと、現在の信号強度Pとを比較する点がピークホールドモードとは異なる。
(5)図4(d)に示すように、ガイドバー30と受電器80とが接触した状態で、今度は逆方向である他端B側から一端A側にゆっくりと移動し、信号強度Pが信号強度の最大値Pmaxと略等しくなったときに、LED50の点滅や点灯などで、ガイドバー30の位置が最適位置にあることを通知する。ここで直ちに移動を停止してガイドバー30の位置をネジ70で固定する。
(6)再びスイッチ60を操作すると、送電器は、通常動作モードに動作を変更し、LED50の点滅や点灯などで送電器10の動作モードの変更を通知する。
以上で位置合わせの手順が完了する。
Hereinafter, the alignment procedure will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a flowchart showing the alignment procedure, and FIG. 4 is a diagram for explaining each state. In FIG. 3, the positions of the
(1) As shown in FIG. 4A, the
(2) When the
(3) As shown in FIGS. 4B to 4C, the
(4) When the
(5) As shown in FIG. 4D, in the state where the
(6) When the
This completes the alignment procedure.
図5は、ガイドバーの位置と信号強度を示すグラフである。図5において横軸はガイドバーの位置y、縦軸は信号強度Pを示す。
図5より、ガイドバーの位置がy1のときに、信号強度の最大値Pmaxが得られることがわかるので、信号強度の最大値Pmaxが得られる位置y1にガイドバーを移動すれば、送電コイルと受電コイルとの位置を略一致させることができる。
FIG. 5 is a graph showing the position of the guide bar and the signal intensity. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the position y of the guide bar, and the vertical axis indicates the signal intensity P.
From FIG. 5, it can be seen that when the position of the guide bar is y1, the maximum value Pmax of the signal strength is obtained. Therefore, if the guide bar is moved to the position y1 where the maximum value of signal strength Pmax is obtained, The position with the receiving coil can be made to substantially coincide.
なお、上記した実施形態では、ガイドバーの移動する方向しか位置を合わせることができない。しかし、受電器は長方形であることが多く、受電器に内蔵された受電コイルの位置は設計の都合によって、長手の方向では必ずしも受電器の中央ではないが、短手の方向では空間上の制限で、受電器の中央からずれがあってもずれ量が限られている。このような受電器では、短手方向のずれが電力伝送の効率に与える影響は小さく、ガイドバーの移動方向を送電器の長手方向とし、長手方向の位置のみを調整を行うことによって、短手方向の位置調整を行なわなくても、受電コイルと送電コイルとを近づけることができ、電力を伝送することができる。 In the above-described embodiment, the position can be adjusted only in the direction in which the guide bar moves. However, the power receiver is often rectangular, and the position of the power receiving coil built into the power receiver is not necessarily the center of the power receiver in the longitudinal direction due to design reasons, but is limited in space in the short direction. Even if there is a deviation from the center of the power receiver, the deviation amount is limited. In such a power receiver, the effect of the shift in the short direction on the efficiency of power transmission is small, and the movement direction of the guide bar is the longitudinal direction of the power transmitter, and only the position in the longitudinal direction is adjusted, so Even without adjusting the position of the direction, the power receiving coil and the power transmitting coil can be brought close to each other, and power can be transmitted.
このように、ガイドバーとともに受電器を載置面上全体に移動して得られた信号強度の最大値と、再度、ガイドバーとともに受電器を載置面上に移動して逐次得られた信号強度とを、比較することにより、モーターなどの機構部品を使用しない簡素な構成で、送電コイルと受電コイルの位置合わせを行うことができる。その結果、安価な送電器とすることができる。上記した位置合わせは充電を行う度に行う必要はなく、別の種類の受電器を充電する最初の一回のみ行えば良い。 Thus, the maximum value of the signal intensity obtained by moving the power receiver together with the guide bar on the entire mounting surface, and the signal obtained sequentially by moving the power receiver together with the guide bar on the mounting surface. By comparing the strength, the power transmission coil and the power reception coil can be aligned with a simple configuration that does not use a mechanical component such as a motor. As a result, an inexpensive power transmitter can be obtained. The alignment described above does not need to be performed every time charging is performed, but may be performed only once for charging another type of power receiver.
(実施例2)
第1の実施形態では、受電器がガイドバーの移動方向と直交する方向からずれる可能性がある。図6は第2の実施形態である送電器11を示す斜視図である。図6に示すように、ガイドバー31に、ガイドバー31の移動方向と直交する方向の中心方向に受電器が位置するように付勢部材35を設けている。このような構成とすることにより、受電器を載置面21の中心に保持することができ、ガイドバーと直交する方向のずれを防止することができる。
(Example 2)
In the first embodiment, the power receiver may deviate from the direction orthogonal to the direction of movement of the guide bar. FIG. 6 is a perspective view showing a
なお、第2の実施形態でも、受電器の短手方向に対しては、受電コイルの位置は略中心に配置されていると考えられる。よって、ガイドバーの移動方向を、送電器の長手方向とし、長手方向の位置のみを調整を行い、短手方向の位置調整は受電器を短手方向の略中心に配置されるようするだけで、受電コイルと送電コイルとを第1の実施形態に比べてさらに近づけることができ、さらに効率よく電力を伝送することができる。 In the second embodiment as well, it is considered that the position of the power receiving coil is arranged substantially at the center with respect to the short direction of the power receiver. Therefore, the moving direction of the guide bar is the longitudinal direction of the power transmitter, only the position in the longitudinal direction is adjusted, and the position adjustment in the short direction is only to place the power receiver at the approximate center in the short direction. The power receiving coil and the power transmitting coil can be brought closer to each other than in the first embodiment, and the power can be transmitted more efficiently.
(実施例3〜実施例4)
第1の実施形態では、ガイドバーの位置をネジで固定するため、ガイドバーを動かすたびにネジを締めたり緩めたりする必要があり、手間がかかる。図7は第3の実施形態である送電器12を示す斜視図である。図7に示すように、送電器12は、ガイドバー32の先端に設けられた腕部34が、本体21の長手両側面に設けられた波状部23と当接することによって、ネジなどの固定具を使用しなくても、ガイドバー32の位置を容易に固定することができる。
また、図8に示すように、載置面20は傾斜させてもよい。図8は第4の実施形態である送電器13を示す斜視図である。送電器13は、載置面21が傾斜しているので、受電器とガイドバー31とを密着させた状態で容易に移動可能である。
(Example 3 to Example 4)
In the first embodiment, since the position of the guide bar is fixed with a screw, it is necessary to tighten or loosen the screw each time the guide bar is moved, which is troublesome. FIG. 7 is a perspective view showing a
Moreover, as shown in FIG. 8, the mounting
なお、LEDとスイッチは、上記した実施例に限定されるものではない。配置する場所は載置面に限らず、スイッチを複数配置してもLEDを複数配置してもよい。また、LEDの点滅や点灯の方法は、それぞれのモードの状態が分り易いように適宜変更してもよく、通常動作モードで充電状態を知らせるための表示と兼用してもよく、他の発光素子、音や振動を用いてもよく、ディスプレイに表示してもよい。 Note that the LED and the switch are not limited to the above-described embodiments. The place to be arranged is not limited to the placement surface, and a plurality of switches or a plurality of LEDs may be arranged. Further, the method of blinking or lighting the LED may be changed as appropriate so that the state of each mode is easy to understand, and may be used as a display for informing the charging state in the normal operation mode. Sound or vibration may be used or displayed on a display.
10、11、12、13 送電器
20 本体
21 載置面
22 溝
23 波状部
30、31、32 ガイドバー
33 凸部
34 腕部
35 付勢部材
40 送電コイル
50 LED
60 スイッチ
70 ネジ
80 受電器
81 受電コイル
10, 11, 12, 13
60
Claims (5)
上面に載置面を有する本体と、
該載置面上に配置され、該載置面上を移動可能なガイドバーと、
を備えていることを特徴とする送電器。 In a power transmitter that supplies power to a power receiver by electromagnetic induction using a power transmission coil,
A main body having a mounting surface on the upper surface;
A guide bar disposed on the placement surface and movable on the placement surface;
A power transmitter characterized by comprising:
前記ガイドバーとともに受電器を載置面上全体に移動させる第1のステップにより得られた受電器からの信号強度の最大値と、
前記ガイドバーとともに受電器を載置面上に移動させる第2のステップにより逐次得られる受電器から受信した信号強度とを、
比較することにより得られる請求項2に記載の送電器。 The optimal position is
The maximum value of the signal intensity from the power receiver obtained by the first step of moving the power receiver together with the guide bar over the mounting surface;
The signal strength received from the power receiver sequentially obtained by the second step of moving the power receiver together with the guide bar on the mounting surface,
The power transmission device according to claim 2 obtained by comparing.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2015117371A1 (en) * | 2014-08-20 | 2015-08-13 | 中兴通讯股份有限公司 | Electronic device and wireless charging method and apparatus therefor |
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- 2013-02-22 JP JP2013032925A patent/JP2014165967A/en active Pending
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