JP2016059123A - Noncontact power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アクチュエータに非接触で給電する非接触給電装置に関する。 The present invention relates to a non-contact power supply device that supplies power to an actuator in a non-contact manner.
従来より、超音波モータのようなアクチュエータに無線給電することが知られており、特許文献1には、送電側にインバータ回路とこれに接続される一次コイルを設け、受電側に一次コイルから受電する二次コイルと受電回路と超音波モータ駆動回路(インバータ回路)と超音波モータを設けることが記載されている。
Conventionally, it is known to wirelessly supply power to an actuator such as an ultrasonic motor. In
しかしながら、上記特許文献1の構成では、非接触給電で超音波モータを作動させるために、送電側と受電側の両方にインバータ回路が必要であるため、構成部品が多くなり、高コストの要因となる。
However, in the configuration of
本発明は上記点に鑑み、簡素な構成でアクチュエータに非接触で給電可能な非接触給電装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a non-contact power supply device that can supply power to an actuator in a non-contact manner with a simple configuration.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、所定周波数の交流電圧を印加することで作動するアクチュエータ(20)を備える非接触給電装置であって、
前記所定周波数と同一周波数の交流電圧を出力するインバータ回路(10)と、前記インバータ回路(10)の出力端子と接続された送電アンテナ(11、12)と、前記送電アンテナ(11、12)から所定間隔を設けて配置され、前記送電アンテナ(11、12)から送電される交流電力を受電する受電アンテナ(21、22)とを備え、
前記受電アンテナ(21、22)の端子と前記アクチュエータ(20)の入力端子が直接接続されていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the invention according to
From the inverter circuit (10) that outputs an alternating voltage of the same frequency as the predetermined frequency, the power transmission antennas (11, 12) connected to the output terminal of the inverter circuit (10), and the power transmission antennas (11, 12) A power receiving antenna (21, 22) disposed at a predetermined interval and receiving AC power transmitted from the power transmitting antenna (11, 12);
The terminals of the power receiving antennas (21, 22) and the input terminal of the actuator (20) are directly connected.
このように、送電側に設けたインバータ回路(10)でアクチュエータ(20)の駆動周波数と同一周波数の交流電圧を出力し、受電側に設けた受電アンテナ(21、22)と超音波モータ(20)の入力端子を直接接続することで、受電側にはインバータ回路を設ける必要がない。これにより、非接触給電装置の受電側の構成部品を大幅に削減することができ、低コスト化を図ることができる。 As described above, the inverter circuit (10) provided on the power transmission side outputs an AC voltage having the same frequency as the drive frequency of the actuator (20), and the power receiving antennas (21, 22) and the ultrasonic motor (20) provided on the power receiving side. ) Input terminal directly, there is no need to provide an inverter circuit on the power receiving side. Thereby, the components on the power receiving side of the non-contact power feeding device can be greatly reduced, and the cost can be reduced.
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の非接触給電装置1を車両用空調装置100に適用した実施形態について図1、図2に基づいて説明する。
Hereinafter, an embodiment in which the non-contact
図1に示すように、本実施形態では、非接触給電で作動する超音波モータ20を車両用空調装置100の吹出口切替ドア106を作動させるためのアクチュエータとして用いている。車両用空調装置100には、空調ダクト101が設けられている。空調ダクト101は、図示しない送風機から送られた空調風が通過する空気通路を構成しており、吸入口102、第1吹出口103、第2吹出口104を備えている。吸入口102から空調ダクト101の内部に導入された空調風は、第1吹出口103または第2吹出口104から車室内に吹き出される。
As shown in FIG. 1, in the present embodiment, an
第1吹出口103と第2吹出口104の間は、仕切り部105で仕切られている。仕切り部105は、空調ダクト101に固定された固定部材であり、空調ダクト101内で空気流れ方向に沿って配置されている。仕切り部材105の空気流れ方向上流側の先端部には、吹出口切替ドア106が設けられている。
The
吹出口切替ドア106は、回転軸106aを中心に回動する可動部材であり、空調ダクト101内を流れる空調風の通風路を第1吹出口103または第2吹出口104に切り替えることが可能になっている。図1において、吹出口切替ドア106が上方に移動した場合には、第1吹出口103への通路が閉鎖され、空調風は第2吹出口104に流れる。一方、吹出口切替ドア106が下方に移動した場合には、第2吹出口104への通路が閉鎖され、空調風は第1吹出口103に流れる。
The air
吹出口切替ドア106の回転軸106aには、超音波モータ20が設けられており、吹出口切替ドア106には、受電アンテナ21、22が設けられている。超音波モータ20が作動することで、吹出口切替ドア106が回動するようになっている。
An
本実施形態の超音波モータ20は、駆動周波数が80kHzとなっている。また、本実施形態の超音波モータ20は、90°の位相差を持つ交流電圧が印加されることで作動する進行波式の回転型超音波モータとして構成されている。
The
空調ダクト101の近傍には、送電アンテナ11、12を設定するための送電アンテナ設置部材107が設けられている。送電アンテナ設置部材107は、空調ダクト101の外部において、吹出口切替ドア106から5cm程度離れた位置に設けられている。
A power transmission
図2に示すように、本実施形態の非接触給電装置1には、送電側の構成部品として、インバータ回路10、第1送電アンテナ11、第2送電アンテナ12、第1送電側整合回路13、第2送電側整合回路14、制御回路15が設けられている。これらの送電側の構成部品10〜15は、空調ダクト101の外部に設けられている。
As shown in FIG. 2, the contactless
インバータ回路10は、超音波モータ20の駆動周波数(本実施形態では80kHz)と同一周波数の交流電圧を出力する。インバータ回路10は、2極の出力端子10a、10bと、共通のグランド端子10cを備えている。インバータ回路10は、2極の出力端子10a、10bから90°の位相差で交流電圧を出力するようになっている。
The
インバータ回路10の2極の出力端子10a、10bには、それぞれ送電側整合回路13、14を介して送電アンテナ11、12が接続されている。送電アンテナ11、12は、送電アンテナ設置部材107の内部に設けられている。本実施形態の送電アンテナ11、12は、コイルアンテナ(ループアンテナ)であり、図示しない磁性体コアがそれぞれ設けられている。また、送電側整合回路13、14は、送電アンテナ11、12からの送電を効率よく行うために設けられている。
本実施形態の送電アンテナ11、12は、互いに直交する2軸の放射軸を有しており、インバータ回路10からそれぞれ90°位相が異なる交流電流が供給されることで、位相差90°で円偏波が放射(送信)される。インバータ回路10は、制御回路15からの制御信号に基づいて、2極の出力端子10a、10bから出力される交流電圧の位相をそれぞれ0°→90°または90°→0°のように切り替えることができる。
The
また、本実施形態の非接触給電装置1には、受電側の構成部品として、超音波モータ20、第1受電アンテナ21、第2受電アンテナ22、第1受電側整合回路23、第2受電側整合回路24が設けられている。これらの受電側の構成部品20〜24は、空調ダクト101の内部に設けられている。
In the contactless
超音波モータ20は、所定周波数の交流電圧が印加されることで作動するアクチュエータであり、所定周波数の交流電圧が印加されることで超音波振動する圧電部材(圧電素子)を備えている。超音波モータ20は、2極の入力端子20a、20bと、共通のグランド端子20cを備えている。
The
第1受電アンテナ21および第2受電アンテナ22は、それぞれ受電側整合回路23、24を介して超音波モータ20の2極の入力端子20a、20bに接続されている。受電アンテナ21、22は、吹出口切替ドア20の内部に設けられている。本実施形態の受電アンテナ21、22は、送電アンテナ11、12と同様のコイルアンテナ(ループアンテナ)であり、図示しない磁性体コアがそれぞれ設けられている。また、受電側整合回路23、24は、受電アンテナ21、22での受電を効率よく行うために設けられている。
The first
本実施形態の受電アンテナ21、22は、互いに直交する2軸の放射軸を有しており、送電アンテナ11、12から送電される電力を受電可能となっている。送電アンテナ11、12と受電アンテナ21、22は、所定間隔(本実施形態では5cm程度)を設けて配置されている。第1受電アンテナ21は第1送電アンテナ11と平行に配置され、第1送電アンテナ11から送電された電力を受電可能となっており、第2受電アンテナ22は第2送電アンテナ12と平行に配置され、第2送電アンテナ12から送電された電力を受電可能となっている。
The power receiving
上記構成の非接触給電装置1は以下のように作動する。まず、インバータ回路10から超音波モータ20の駆動周波数と同一周波数(本実施形態では80kHz)の交流電圧を90°の位相差を設けて出力すると、第1送電アンテナ11および第2送電アンテナ12には、それぞれ90°位相が異なる交流電流(本実施形態では数十mA)が流れる。
The non-contact
受電アンテナ21、22では、送電アンテナ11、12から送電された電力を電磁誘導によって受電することができる。受電アンテナ21、22にて受電した電力は、超音波モータ20に供給される。つまり、第1受電アンテナ21および第2受電アンテナ22から90°の位相差を持つ交流電圧(周波数80kHz)が超音波モータ20の入力端子20a、20bに印加されることとなる。これにより、超音波モータ20が作動し、車両用空調装置100の吹出口切替ドア106が回転軸106aを中心に回動し、空調風の吹出口を切り替えることができる。
The
インバータ回路10の出力をオフにすることで、超音波モータ20が停止し、吹出口切替ドア106の回動が停止する。また、インバータ回路10の2極の出力端子10a、10bのそれぞれに出力される交流電流の位相を逆(0°→90°または90°→0°)にすることで、超音波モータ20を逆回転させることができ、吹出口切替ドア106を反対方向に回動させることができる。
By turning off the output of the
以上説明した本実施形態によれば、送電側に設けたインバータ回路10で超音波モータ20の駆動周波数と同一周波数の交流電圧を出力し、受電側に設けた受電アンテナ21、22と超音波モータ20の入力端子20a、20bを直接接続することで、受電側にはインバータ回路を設ける必要がない。これにより、非接触給電装置1の受電側の構成部品を大幅に削減することができ、低コスト化を図ることができる。
According to the present embodiment described above, the
また、車両用空調装置100では、空調ダクト101等の形状が複雑になり、内部に設けられた超音波モータ20への配線が難しいことがある。このような場合に、本実施形態の非接触給電装置1を用い、非接触給電で内部の超音波モータ20に電力供給することが有効である。
Further, in the
(他の実施形態)
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
(Other embodiments)
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. The structure of the said embodiment is an illustration to the last, Comprising: The scope of the present invention is not limited to the range of these description. The scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and further includes meanings equivalent to the description of the scope of claims and all modifications within the scope.
例えば、上記実施形態では、図3(a)に示すように、送電アンテナ11、12や受電アンテナ21、22を送電アンテナ設置部材107や吹出口切替ドア106の板面に沿って配置された円筒状のコイルアンテナとして構成したが、これらのコイルアンテナを異なる構成としてもよい。例えば、図3(b)に示すように、一方のコイルアンテナ11、21を送電アンテナ設置部材107や吹出口切替ドア106の板面と平行に配置された渦巻き状のコイルアンテナとし、他方のコイルアンテナ12、22を送電アンテナ設置部材107や吹出口切替ドア106の周囲に巻き付けられたコイルアンテナとしてもよい。あるいは、図3(c)に示すように、一方のコイルアンテナ11、21を送電アンテナ設置部材107や吹出口切替ドア106の板面と平行に配置された渦巻き状のコイルアンテナとし、他方のコイルアンテナ12、22を螺旋状の円筒状のコイルアンテナとしてもよい。この場合、受電アンテナ21、22であれば、渦巻き状の受電アンテナ21を吹出口切替ドア106に設け、円筒状の受電アンテナ22を吹出口切替ドア106の回転軸106aに設ければよい。
For example, in the above embodiment, as illustrated in FIG. 3A, a cylinder in which the
また、上記実施形態では、受電アンテナ21、22を可動部材である吹出口切替ドア106に設けたが、これに限らず、受電アンテナ21、22を固定部材である仕切り部材105に設けてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the
また、上記実施形態では、吹出口切替ドア106を回転軸106aを中心に回動する回動式ドアとしたが、これに限らず、吹出口切替ドア106をスライド移動するスライドドアとしてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the blower
また、上記実施形態では、非接触給電装置1を車両用空調装置100の吹出口切替ドア106を作動させるために用いたが、これに限らず、非接触給電装置1を車両用空調装置100の吹出口切替ドア106以外の部材を作動させるために用いてもよく、さらに非接触給電装置1を車両用空調装置100以外の用途に用いてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the non-contact
また、上記実施形態では、超音波モータ20を回転型超音波モータとして構成したが、これに限らず、入力端子が一極の直線型超音波モータとしてもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、超音波モータ20および受電側アンテナ21、22を一組設けたが、これに限らず、超音波モータおよび受電側アンテナを複数組設けてもよい。この場合、複数の超音波モータの駆動周波数を同一とし、この駆動周波数と同一の周波数の交流電圧をインバータ回路にて出力することで、複数の超音波モータを同時に作動させることができる。あるいは、複数の超音波モータの駆動周波数をそれぞれ異ならせ、各駆動周波数に対応する周波数の交流電圧をインバータ回路で切り替えて出力することで、非接触給電で作動する超音波モータを切り替えることができる。
Moreover, in the said embodiment, although one set of the
また、上記実施形態では、非接触給電装置1によって超音波モータ20に非接触給電するように構成したが、所定周波数の交流電圧が印加されることで作動するアクチュエータに非接触給電すればよく、超音波モータ以外のアクチュエータを用いてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although comprised so that non-contact electric power feeding might be carried out to the
また、上記実施形態では、送電側整合回路13、14および受電側整合回路23、24を設けたが、これらの整合回路は必ずしも設ける必要はない。
Moreover, in the said embodiment, although the power transmission
また、上記実施形態では、送電アンテナ11、12および受電アンテナ21、22にコイルアンテナ(ループアンテナ)を用いた電磁誘導によって非接触給電するように構成したが、これに限らず、電磁界の共鳴現象を利用した磁界共鳴方式によって非接触給電するようにしてもよい。
In the above embodiment, the
10 インバータ回路
11 第1送電アンテナ
12 第2送電アンテナ
20 超音波モータ
21 第1受電アンテナ
22 第2受電アンテナ
101 空調ダクト
106 吹出口切替ドア(ドア部材)
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記所定周波数と同一周波数の交流電圧を出力するインバータ回路(10)と、
前記インバータ回路(10)の出力端子と接続された送電アンテナ(11、12)と、
前記送電アンテナ(11、12)から所定間隔を設けて配置され、前記送電アンテナ(11、12)から送電される交流電力を受電する受電アンテナ(21、22)とを備え、
前記受電アンテナ(21、22)の端子と前記アクチュエータ(20)の入力端子が直接接続されていることを特徴とする非接触給電装置。 A non-contact power feeding device including an actuator (20) that operates by applying an alternating voltage of a predetermined frequency,
An inverter circuit (10) for outputting an AC voltage having the same frequency as the predetermined frequency;
A power transmission antenna (11, 12) connected to the output terminal of the inverter circuit (10);
A power receiving antenna (21, 22) disposed at a predetermined interval from the power transmitting antenna (11, 12) and receiving AC power transmitted from the power transmitting antenna (11, 12);
A contactless power feeding device, wherein a terminal of the power receiving antenna (21, 22) and an input terminal of the actuator (20) are directly connected.
前記インバータ回路(10)は、2極の出力端子を有し、前記2極の出力端子から90°の位相差で交流電圧を出力可能となっており、
前記送電アンテナ(11、12)は、互いに直交するように配置され、位相差90°で円偏波を放射する2軸の放射軸を有し、
前記受信アンテナ(21、22)は、互いに直交するように配置され、前記超音波モータ(20)の入力端子に直接接続された2軸の放射軸を有していることを特徴とする請求項2に記載の非接触給電装置。 The ultrasonic motor (20) has a two-pole input terminal, and is a traveling wave type ultrasonic wave that operates when an AC voltage having a phase difference of 90 ° is applied to the two-pole input terminal. Motor,
The inverter circuit (10) has a two-pole output terminal, and can output an AC voltage with a phase difference of 90 ° from the two-pole output terminal.
The power transmission antennas (11, 12) are arranged to be orthogonal to each other, and have two axes of radiation axes that radiate circularly polarized waves with a phase difference of 90 °,
The said receiving antenna (21, 22) is arrange | positioned so that it may mutually orthogonally cross, and has the biaxial radiation axis directly connected to the input terminal of the said ultrasonic motor (20). 2. A non-contact power feeding device according to 2.
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