JP2016025807A - Non-contact power transmission device and input system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は非接触電力伝送装置及びこれを備えた入力システムに関する。 The present invention relates to a contactless power transmission device and an input system including the same.
静電容量式タッチパネルに対して先の細いペン(スタイラス)を使用すると、接触面積が少なく、接触位置の検出が難しい。特許文献1では、スタイラスの先端部を静電容量式タッチパネルに接触させたときの、キャパシタを介して流れる接触位置検出信号を大きくすることで、接触面積の小さいスタイラスを用いた入力を可能とした入力装置が開示されている。
When a thin pen (stylus) is used on the capacitive touch panel, the contact area is small and it is difficult to detect the contact position. In
特許文献1に記載のスタイラスには、バッテリなどの電源が必要である。バッテリの種類としては、スーパーキャパシタ(スーパーCAP)、リチウムイオンキャパシタ(Li−ion CAP)、ニッケル水素(Ni−MH:Nickel metal hydride)電池、リチウムイオン(Li−ion)電池などがある。
The stylus described in
引用文献2には、座標指示用ペンの電池を非接触で充電する方法が開示されている。また、特許文献3には、位置指示器に設けられた共振回路のコイルに流れる誘導電流により、位置指示器のバッテリを非接触で充電する方法が開示されている。
Cited
一般的に、受電部のバッテリの充電開始時には送電部の消費電流が大きく、バッテリが満充電に近づくと消費電流は小さくなる。通常、送電部の消費電流が、バッテリが満充電であると判断される電流値になった時点で、送電部からの電力の伝送が停止される。 Generally, the current consumption of the power transmission unit is large at the start of charging of the battery of the power receiving unit, and the current consumption decreases as the battery approaches full charge. Usually, when the current consumption of the power transmission unit reaches a current value at which it is determined that the battery is fully charged, the transmission of power from the power transmission unit is stopped.
しかしながら、送電部がタブレットなどの場合、伝送電力が比較的小さく、充電開始時と満充電時で伝送電力がほぼ一定の状態となる場合がある。このように、伝送電力がほぼ一定の状態で充電を行うと、送電部の消費電流では受電部のバッテリが満充電になったかどうかを判断できない、という問題がある。 However, when the power transmission unit is a tablet or the like, the transmission power is relatively small, and the transmission power may be almost constant at the start of charging and at the time of full charging. As described above, when charging is performed in a state where the transmission power is substantially constant, there is a problem that it is not possible to determine whether or not the battery of the power receiving unit is fully charged based on the current consumption of the power transmitting unit.
本発明は、このような問題を背景としてなされたものであり、本発明の目的は、受電部のバッテリの満充電時に送電部からの送電を適切に停止させることができる、非接触電力伝送装置及びこれを用いた入力システムを提供することである。 The present invention has been made against the background of such problems, and an object of the present invention is to provide a contactless power transmission device capable of appropriately stopping power transmission from the power transmission unit when the battery of the power reception unit is fully charged. And an input system using the same.
本発明にかかる非接触電力伝送装置は、電源により磁束を発生させる送電コイルを有する送電部と、前記送電コイルによる電磁誘導により送電を行い、バッテリを充電する受電コイルを有する受電部と、前記受電部に設けられ、前記バッテリの充電状態を監視し、当該バッテリが満充電となったときに通知を発行する充電監視部と、前記送電部に設けられ、前記充電監視部からの前記通知に基づいて送電を停止する送電制御部とを備える。 A non-contact power transmission device according to the present invention includes a power transmission unit having a power transmission coil that generates magnetic flux from a power source, a power reception unit having a power reception coil that performs power transmission by electromagnetic induction by the power transmission coil and charges a battery, and the power reception Based on the notification from the charge monitoring unit, and a charge monitoring unit that monitors the charge state of the battery and issues a notification when the battery is fully charged. And a power transmission control unit for stopping power transmission.
本発明により、受電部のバッテリの満充電時に送電部からの送電を適切に停止させることができる非接触電力伝送装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a non-contact power transmission device that can appropriately stop power transmission from the power transmission unit when the battery of the power reception unit is fully charged.
実施の形態
実施の形態にかかる非接触電力伝送装置の構成について図1を参照して説明する。図1は、実施の形態にかかる非接触電力伝送装置100の構成の一例を示す図である。図1に示すように、非接触電力伝送装置100は、送電部10、受電部20を備える。送電部10は、電源11、受電部検出部12、発振回路13、コイル14、整合回路15、送電コイル16、受光部17を有する。発振回路13は、パルス信号源18、MOSFET19を含む。図1に示す例では、スイッチング素子としてn型のMOSFET19が用いられている。受電部20は、受電コイル21、整流回路22、キャパシタ23、発光部24を有する。
Embodiment A configuration of a non-contact power transmission apparatus according to an embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a non-contact
非接触電力伝送装置100は、電磁誘導を利用して電力を伝送する。非接触電力伝送装置100では、送電側の送電コイル16と受電側の受電コイル21とを近接させて配置して、送電コイル16に電流を流すことで発生する磁束を用いて、受電コイル21に起電力を発生させることにより電力を伝送する。
The non-contact
以下、各構成について詳細に説明する。電源11は、受電部検出部12を介して発振回路13に接続されている。また、電源11は、受電部検出部12を介して、コイル14の一端に接続されている。コイル14の他端は、発振回路13のMOSFET19のドレインに接続されている。MOSFET19のソースは接地されている。MOSFET19のゲートには、パルス信号源18が接続されている。
Hereinafter, each configuration will be described in detail. The
電源11は、受電部検出部12を介して発振回路13に直流電力を供給する。また、電源11からの直流電力は、受電部検出部12を介してコイル14の一端に供給されている。パルス信号源18は、電源11から直流電力が供給されると、一定の周波数でパルス波形信号を発生する。パルス波形信号は、MOSFET19のゲートに入力される。パルス波形信号の周波数に応じてMOSFET19がスイッチングすることにより交流電力が発生する。
The
生成された交流電力は、整合回路14に入力される。整合回路14はインピーダンスマッチングを行い、送電コイル16に伝送電力を出力する。送電コイル16は、整合回路14からの伝送電力を受電部側の受電コイル21に伝送する。
The generated AC power is input to the matching
受電コイル21は、整流回路22に接続されている。整流回路22は、キャパシタ23に接続されている。図1に示す例では、充電可能なバッテリとしてキャパシタ23が用いられている。なお、充電可能なバッテリとして、スーパーキャパシタ(スーパーCAP)、リチウムイオンキャパシタ(Li−ion CAP)、ニッケル水素(Ni−MH:Nickel metal hydride)電池、リチウムイオン(Li−ion)電池等のさまざまな種類を用いることができる。
The power receiving coil 21 is connected to the
受電コイル21は、送電コイル16から伝送電力を受信し、整流回路22に出力する。整流回路22は、入力された伝送電力を直流電力に変換する。キャパシタ23は、直流電力により充電される。
The power receiving coil 21 receives the transmission power from the
本実施の形態では、受電部20において、キャパシタ23と並列に発光部24が接続されている。また、送電部10において、発振回路13には受光部17が接続されている。発光部24は、キャパシタ23の充電状態を監視する充電監視部である。発光部24は、キャパシタ23が満充電となったときに通知を発行する。本実施の形態では、発光部24は、キャパシタ23が満充電と判断される電圧値になると発光する。発光部24としては、例えば、LED(Light-emitting Diode)等の発光素子を用いることができる。なお、発光部24として、LCD(Liquid Crystal Display)などの表示素子を用いることも可能である。発光部24として表示素子を用いた場合、表示素子にバッテリ残量を表示させることも可能である。電力消費を抑制するために、表示素子は、バッテリ残量を間欠的に表示したり、バッテリ残量が所定の値以下となったときのみに警告のために一時的に表示したりすることができる。
In the present embodiment, in the
受光部17で発光部24から出射された光が受光されると、発振回路13での交流電力の発生が停止される。すなわち、受光部17は、発光部24からの通知に基づいて、送電を停止する送電制御部を構成する。このように、本実施の形態では、発光部24がキャパシタ23が満充電になったか否かを監視し、受光部17がキャパシタ23の満充電時に送電を停止する動作を行っている。
When the light emitted from the
これにより、送電部がタブレットなどであって伝送電力が比較的小さく、キャパシタ23の充電開始時と満充電時で伝送電力がほぼ一定の状態であっても、キャパシタ23の満充電時に送電部10からの送電を適切に停止させることができる。
Thereby, even if the power transmission unit is a tablet or the like and the transmission power is relatively small, and the transmission power is almost constant between the start of charging of the
また、送電部10には、受電部検出部12が設けられている。受電部検出部12は、受電部20が充電可能な状態で送電部10に結合されたか否かを検出する。受電部検出部12により受電部20が送電部10に結合されたことが検出され、かつ、キャパシタ23が満充電でない場合に、送電部10からの送電が開始される。この点については、後に詳述する。
The
本実施の形態にかかる非接触電力伝送装置100は、充電が必要な位置指示器と、位置指示器により指示された位置を検出する位置検出器を有する入力システムに好適に用いられる。位置指示器としては、電子ペンやスタイラス等がある。位置検出器としては、座標入力装置やスタイラス入力装置等がある。
The non-contact
ここで、図2、図3を参照して、非接触電力伝送装置100を、電子ペン30を備えるタブレット40に適用した例について説明する。図2は、発光部24を電子ペン30に設けた例を示す図である。図3は、受光部17をタブレット40に設けた例を示す図である。
Here, an example in which the non-contact
電子ペン30には、上述した受電部20が設けられている。また、タブレット40には、上述した送電部10が設けられている。図3に示すように、タブレット40には、電子ペン30を挿入可能な挿入孔41が設けられている。挿入孔41は、電子ペン30を収納可能なサイズで形成されている。
The
なお、ここでは図示していないが、挿入孔41内には、送電コイル16が設けられている。送電コイル16は、電子ペン30が収まる領域に巻き回される。電子ペン30が挿入孔41内に挿入されると、受電部20が充電可能な状態で送電部10に結合される。すなわち、電子ペン30が挿入孔41内に挿入されると、送電コイル16からの伝送電力でキャパシタ23が受電可能な状態となる。
Although not shown here, the
次に、図4を参照して、非接触電力伝送装置100の動作について説明する。図4は、実施の形態にかかる非接触電力伝送装置100の動作の一例を説明する図である。図4において、キャパシタ23の電圧をCAP電圧と示す。また、矢印で示すタイミングで電子ペン30が、挿入孔41内に挿入されたものとする。
Next, the operation of the non-contact
図4(1)に示すように、電子ペン30が挿入される前は、タブレット40側の送電部10に設けられた発振回路13は間欠発振を行っている。このとき、受電部検出部12は、電子ペン30の挿入の有無を検出する。電子ペン30の挿入の有無の検出方法として、例えば、送電部10側の消費電流の違いにより検出する方法を採用することができる。
As shown in FIG. 4A, before the
電子ペン30が挿入孔41に挿入されると、送電コイル16と受電コイル21とが電磁結合するため、送電コイル16に流れる電流が増加する。すなわち、電子ペン30が挿入孔41内に挿入された時の消費電流は、電子ペン30が挿入されていないときの消費電流よりも大きくなる。
When the
図4(2)に示すように、電子ペン30が挿入されると、電子ペン30の挿入後の間欠発振時に受電部検出部12が電子ペン30の挿入を検出する。これに応じて、送電部10からの送電が開始される(送電ON)。発振回路13は連続発振動作に制御され、受電部20への送電が継続される。これにより、キャパシタ23が充電され、CAP電圧が上昇する。
As illustrated in FIG. 4B, when the
その後、図4(3)でCAP電圧が満充電と判断される電圧値(第1閾値)になると、発光部24が発光し、送電部10側に満充電であることが通知される。受光部17は、発光部24からの光を受光すると、発振回路13を制御して送電を停止する(送電OFF)。これにより、充電が不要な場合は送電を適切に停止することができ、無駄な電力消費を抑制できる。その後、発振回路13は間欠発振動作に制御される。
Thereafter, when the voltage value (first threshold value) at which the CAP voltage is determined to be fully charged in FIG. 4 (3), the
そして、図4(4)に示すように、CAP電圧が低下し、第1閾値よりも低い第2閾値以下となると発光部24は消灯する。つまり、発光部24が非発光から発光へと遷移するときのCAP電圧と、発光から非発光に遷移するときのCAP電圧とは異なる。
Then, as shown in FIG. 4 (4), when the CAP voltage decreases and becomes equal to or lower than a second threshold value lower than the first threshold value, the
発光部24はキャパシタ23が満充電であることを検知すると発光するが、このときに電力を消費する。これにより、キャパシタ23の電圧が低下し、発光部24がキャパシタ23の満充電の表示を保持することが難しいという他の問題が発生する。実施の形態では、発光部24が消灯から点灯へと推移するときのCAP電圧よりも、点灯から消灯へと推移するときのCAP電圧を低くしている。これにより、発光部24が満充電の表示を保持することが可能となる。
The
図4(4)においては、電子ペン30が挿入孔41に挿入された状態が維持されているものとする。発光部24が消灯した場合において、間欠発振時に受電部検出部12が電子ペン30の挿入を検出すると、送電部10は再度送電を開始する(送電ON)。
In FIG. 4 (4), it is assumed that the state in which the
送電部10が、受電部20から満充電の通知に従い送電を停止したままであると、発光部24や電子ペン30内部の回路などでキャパシタ23に蓄電した電荷を消費してしまい、ユーザーが使用したいときにキャパシタ23に充電された電力が放電してしまっている可能性がある。
If the
実施の形態では、電子ペン30が挿入されていることが検知され、かつ、キャパシタ23が満充電でない場合に、送電部10からの送電が繰り返し行われる。このように、電子ペン30が挿入されているときに、キャパシタ23に充電が必要な場合には、適宜送電が開始され、キャパシタ23の満充電状態を保持することが可能となる。
In the embodiment, when it is detected that the
次に、図5を参照して、非接触電力伝送装置100の他の動作について説明する。図5は、実施の形態にかかる非接触電力伝送装置100の動作の他の例を説明する図である。図5において、キャパシタ23の電圧をCAP電圧と示す。また、矢印で示すタイミングで電子ペン30が、挿入孔41内に挿入されたものとする。
Next, another operation of the non-contact
図5の例では、メカスイッチ(不図示)により電子ペン30の挿入が検知される。図5(1)に示すように、メカスイッチがオンとなると、受電部検出部12が電子ペン30の挿入を検出する。電子ペン30の挿入が検出されると、送電部10は送電を開始する(送電ON)。これにより、キャパシタ23が充電され、CAP電圧が上昇する。なお、メカスイッチは、送電部10に内蔵しても良く、送電部10の外部に設けても良い。
In the example of FIG. 5, insertion of the
その後、図5(2)でCAP電圧が満充電と判断される電圧値(第1閾値)になると、発光部24が発光する。受光部17が発光部24からの光を受光すると、送電部10は送電を停止する(送電OFF)。これにより、充電が不要な場合は送電を適切に停止することができ、無駄な電力消費を抑制できる。
Thereafter, when the CAP voltage reaches a voltage value (first threshold value) determined to be fully charged in FIG. 5B, the
図5(3)に示すように、CAP電圧が低下して第1閾値よりも低い第2閾値以下となり発光部24が消灯すると、送電部10は再度送電を開始する(送電ON)。このように、メカスイッチがオンであり、かつ、キャパシタ23が満充電でない場合に、送電部10からの送電が繰り返し行われる。図5(4)に示すように、電子ペン30が挿入孔41から抜かれると、メカスイッチがオフの状態となる。この場合は、送電部10からの送電が停止される。
As shown in FIG. 5 (3), when the CAP voltage decreases and becomes equal to or lower than a second threshold value lower than the first threshold value and the
なお、電子ペン30の挿入孔41への挿入の検出は、上述の例に限定されるものではない。例えば、間欠的に発振動作を行いタブレット側のトランスに磁気を発生させ、ペン側のトランスと磁気結合して電子ペンの挿入を検出することも可能である。また、電子ペン側のトランスとタブレット側のトランスの磁気結合によるインピーダンスの変化を検出することにより、電子ペンを検出する方法を採用することもできる。
The detection of insertion of the
送電部10の受光部17は、外乱光の影響によって、キャパシタ23満充電を誤認識してしまう可能性がある。そこで、図2に示すように、発光部24は、電子ペン30の先端ではなく、電子ペン30の軸の長手方向における中央付近に設けられている。図3に示すように、受光部17は挿入孔41内に設けられている。
The
電子ペン30を挿入孔41内に収納した際、発光部24及び受光部17は外部からは見えない位置に配置される。これにより、外乱光の影響を抑制することができ、キャパシタ23の満充電状態の誤認識を防止することが可能となる。
When the
以上、本発明を上記実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。 Although the present invention has been described with reference to the above embodiment, the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, and those skilled in the art within the scope of the invention of the claims of the present application claims. It goes without saying that various modifications, modifications, and combinations that can be made are included.
100 非接触電力伝送装置
10 送電部
11 電源
12 受電部検出部
13 発振回路
14 コイル
15 整合回路
16 送電コイル
17 受光部
18 パルス信号源
19 MOSFET
20 受電部
21 受電コイル
22 整流回路
23 キャパシタ
24 発光部
30 電子ペン
40 タブレット
41 挿入孔
DESCRIPTION OF
20 power receiving unit 21
Claims (10)
前記送電コイルによる電磁誘導により送電を行い、バッテリを充電する受電コイルを有する受電部と、
前記受電部に設けられ、前記バッテリの充電状態を監視し、当該バッテリが満充電となったときに通知を発行する充電監視部と、
前記送電部に設けられ、前記充電監視部からの前記通知に基づいて送電を停止する送電制御部と、
を備える、
非接触電力伝送装置。 A power transmission unit having a power transmission coil for generating magnetic flux by a power source;
A power receiving unit having a power receiving coil for performing power transmission by electromagnetic induction by the power transmission coil and charging a battery;
A charge monitoring unit that is provided in the power receiving unit, monitors a charging state of the battery, and issues a notification when the battery is fully charged;
A power transmission control unit that is provided in the power transmission unit and stops power transmission based on the notification from the charge monitoring unit;
Comprising
Non-contact power transmission device.
前記送電制御部は、前記発光部からの光を受光する受光部を有する、
請求項1に記載の非接触電力伝送装置。 The charge monitoring unit has a light emitting unit that emits light when the battery is fully charged,
The power transmission control unit includes a light receiving unit that receives light from the light emitting unit,
The contactless power transmission device according to claim 1.
請求項2に記載の非接触電力伝送装置。 The battery voltage when the light emitting unit transitions from non-light emission to light emission is different from the battery voltage when transition from light emission to non-light emission,
The non-contact power transmission device according to claim 2.
前記受電部検出部により前記受電部の結合が検出され、前記バッテリが満充電でない場合に、前記送電部からの送電が開始される、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の非接触電力伝送装置。 The power transmission unit further includes a power reception unit detection unit that detects whether or not the power reception unit is coupled to the power transmission unit in a chargeable state,
When the power receiving unit detection unit detects the coupling of the power receiving unit and the battery is not fully charged, power transmission from the power transmitting unit is started.
The non-contact electric power transmission apparatus of any one of Claims 1-3.
前記位置指示器により指示された位置を検出する位置検出器と、
前記位置検出器に設けられ、電源により磁束を発生させる送電コイルを有する送電部と、
前記位置指示器に設けられ、前記送電コイルによる電磁誘導により送電を行い、当該位置指示器のバッテリを充電する受電コイルを有する受電部と、
前記受電部に設けられ、前記バッテリの充電状態を監視し、当該バッテリが満充電となったときに通知を発行する充電監視部と、
前記送電部に設けられ、前記充電監視部からの前記通知に基づいて送電を停止する送電制御部と、
を備える、
入力システム。 A position indicator;
A position detector for detecting a position indicated by the position indicator;
A power transmission unit provided in the position detector and having a power transmission coil that generates magnetic flux by a power source;
A power receiving unit that is provided in the position indicator, performs power transmission by electromagnetic induction by the power transmission coil, and has a power receiving coil that charges a battery of the position indicator;
A charge monitoring unit that is provided in the power receiving unit, monitors a charging state of the battery, and issues a notification when the battery is fully charged;
A power transmission control unit that is provided in the power transmission unit and stops power transmission based on the notification from the charge monitoring unit;
Comprising
Input system.
前記送電制御部は、前記発光部からの光を受光する受光部を有する、
請求項5に記載の入力システム。 The charge monitoring unit has a light emitting unit that emits light when the battery is fully charged,
The power transmission control unit includes a light receiving unit that receives light from the light emitting unit,
The input system according to claim 5.
請求項6に記載の入力システム。 The battery voltage when the light emitting unit transitions from non-light emission to light emission is different from the battery voltage when transition from light emission to non-light emission,
The input system according to claim 6.
前記受電部検出部により前記受電部の結合が検出され、前記バッテリが満充電でない場合に、前記送電部からの送電が開始される、
請求項6又は7に記載の入力システム。 The power transmission unit further includes a power reception unit detection unit that detects whether or not the power reception unit is coupled to the power transmission unit in a chargeable state,
When the power receiving unit detection unit detects the coupling of the power receiving unit and the battery is not fully charged, power transmission from the power transmitting unit is started.
The input system according to claim 6 or 7.
前記挿入孔内に前記送電コイルが設けられ、前記位置指示器が前記挿入孔に挿入された場合に、前記受電部が充電可能な状態で前記送電部に結合され、
前記受光部は、前記挿入孔内に設けられる、請求項8に記載の入力システム。 The position detector further comprises an insertion hole into which the position indicator can be inserted,
When the power transmission coil is provided in the insertion hole and the position indicator is inserted into the insertion hole, the power reception unit is coupled to the power transmission unit in a chargeable state,
The input system according to claim 8, wherein the light receiving unit is provided in the insertion hole.
前記受電部検出部により前記受電部の結合が検出され、前記バッテリが満充電でない場合に、前記送電部からの送電が開始される、
請求項5に記載の入力システム。 The power transmission unit further includes a power reception unit detection unit that detects whether or not the power reception unit is coupled to the power transmission unit in a chargeable state,
When the power receiving unit detection unit detects the coupling of the power receiving unit and the battery is not fully charged, power transmission from the power transmitting unit is started.
The input system according to claim 5.
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