JP2017139943A

JP2017139943A - Ｄｃｄｃコンバータ１を用いた移動端末用電界結合型ワイヤレス充電器。

Info

Publication number: JP2017139943A
Application number: JP2016028366A
Authority: JP
Inventors: 駒崎　友和; Tomokazu Komazaki; 友和駒崎; 誠平山; Makoto Hirayama; 望津崎; Nozomi Tsuzaki; 哲夫福田; Tetsuo Fukuda; 関口　健; Takeshi Sekiguchi; 健関口
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-02-01
Filing date: 2016-02-01
Publication date: 2017-08-10

Abstract

【課題】電力伝送効率が高く、小型化された電界結合型電力供給システムの移動端末型電界結合ワイヤレス充電装置を提供することを課題とする。【解決手段】ＤＣＤＣコンバータ１発信源の送信側出力を有する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型電界結合ワイヤレス充電装置。【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＣＤＣコンバータ１を用いた移動端末機用電界結合型ワイヤレス充電器に関するものである。

最近、ＤＣＤＣコンバータ１を備えた電源回路により機器の特性改善が行われている（特許文献１）。移動端末機に電力供給を行う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２）。特許文献２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、電界結合または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。

内部発振周波数を２０ＭＨｚまでに高めつつ、ＥＭＩの低減と、基板パターンによる外付けインダクターの削減を実現したＤＣＤＣコンバータ１で、外付けインダクター部品を無くすことを可能としました（非特許文献３）。このＤＣＤＣコンバータ１を、電界結合型ワイヤレス充電器に用いると、内部発振周波数を２０ＭＨｚに設定可能のため、移動端末機に電力供給を行うワイヤレス充電器としては、形状の小型化の可能性が期待される。また、ＤＣＤＣコンバータ１としての安定化した電源をワイヤレス充電の送信側ユニットへも供給しながら、対向のユニットへのワイヤレス電力伝送の発振源部のソース源としても利用できる両機能を期待できる。

特開２０１５−２３０４２３号公報特開２０１４−２３４１７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．「ワイヤレス充電にＴｒａｎｓｆｅｒＪｅｔ無線技術満載のカメラを分解電」，ＮＩＫＫＥＩＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ、２０１２．４．０２．「外付けインダクタがついに不要に、２０ＭＨｚスイッチングのＤＣＤＣコンバータ１ＩＣ」，日経テクノロジーＯｎＬｉｎｅ、２０１２．１２．０９．

特許文献２の図６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、小型化である事が重要となり、特許文献２の図７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充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、及び非特許文献２は磁界結合で、その形状が大きく課題とされている。

本発明は、非特許文献３の２０ＭＨｚスイッチングのＤＣＤＣコンバータ１ＩＣ出力Ｌ４、入力部４から容量１１で直流を遮断した信号（信号源）を用い、特許文献２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ている事を特徴とする。ここで、ワイヤレス充電器用信号源をＤＣＤＣコンバータ１の信号源を用い、また前記特許文献２図５に示されている如く、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充電用電力で、特許文献２図６電磁結合を用いたワイヤレス充電用電力のコイルの中心軸の高精度位置合わせの問題、特許文献２図７電界結合を用いたワイヤレス充電電力における高電圧の問題等を除去し，２０ＭＨｚスイッチングのＤＣＤＣコンバータ１ＩＣを用いたことにより、小型化された移動端末機用電界結合型ワイヤレス充電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、特許文献２の図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送信側出力にＤＣＤＣコンバータ１の発振源を用い、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ＤＣＤＣコンバータ１の信号源を用いた移動端末型電界結合ワイヤレス充電装置。

請求項２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し、構成する並列腕の容量（５０、５１）の容量値を４０ｐＦ以下等の小容量化が出来る上に結合容量（４０、４１）の容量値を８ｐＦ以下とする移動端末型電界結合ワイヤレス充電装置。

請求項３は、請求項１、２の２０ＭＨｚスイッチングのＤＣＤＣコンバータ１ＩＣを用いた小型化された移動端末機用電界結合型ワイヤレス充電機能および安定化電源供給の機能を利用して、低消費電力として特徴として、電源モジュールのアプリに生かして、小型携帯端末や玩具等の小型高効率電源としての電界結合ワイヤレス充電装置。

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充電装置で、電磁誘導結合を用いたワイヤレス充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、ＤＣＤＣコンバータ１の信号源を用い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。

移動端末型電界結合ワイヤレス充電装置、平衡型で二つの結合容量。図１平衡型フィルタの試作特性（２）図１平衡型フィルタの試作特性（３）

図１は本発明の基本構成を示す。本発明は、非特許文献３の２０ＭＨｚ高周波を用いたＤＣＤＣコンバータ１出力Ｌの入力部から信号を信号源として用いて、小型化、高性能化した事を特徴としたものである。特許文献２、図１の電界結合型電力伝送用フィルタは、送信装置５２はＤＣＤＣコンバータ１の信号源を用いた発振器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。ここで、ワイヤレス充電器用信号源をＤＣＤＣコンバータ１の信号源を用い、また前記特許文献２図５に示されている如く、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充電用電力で、特許文献２図６電磁結合を用いたワイヤレス充電用電力のコイルの高精度位置合わせの問題、特許文献２図７電界結合を用いたワイヤレス充電電力における高電圧の問題等を除去し，２０ＭＨｚスイッチングのＤＣＤＣコンバータ１ＩＣを用いたことにより、小型化された移動端末機用電界結合ワイヤレス充電機能を持つ事を特徴とする。

実施例２として、具体的に、図１の中心周波数Ｆ０＝２０ＭＨｚの平衡型フィルタを作成し、フィルタ特性を図２及び図３に示しています。また表１には、効率に関係する２０ＭＨｚの損失及び各フィルタの入出力容量（５０，５１）、直列容量値（４０，４１）を示しています。図１の効率特性は平衡型フィルタ以外にも関係するが、ここではフィルタ特性がワイヤレス充電器用信号源をＤＣＤＣコンバータ１の信号源を用いた場合において、２０ＭＨｚの入力波形と出力波形比が表の効率に一致したので、特性は変化ないと判断した。また表において、図２、２０ＭＨｚ損失＝０．８１ｄＢの場合が効率８２．９％である事及び図３、２０ＭＨｚ損失＝０．４３ｄＢ場合の効率は９０．６０％以上あり、規格９０％は満足している。また直列容量（４０，４１）は８ｐＦ以下の値でも同様の特性が得られ、直列容量（４０，４１）により、形状の小型化を出来る事が判明した。また、図２から、並列容量（５０，５１）により、効率特性は大きく変化するが、具体的にはその値は５０ｐＦから２０ｐＦの値が適当である。

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ＤＣＤＣコンバータ１の信号源を用いた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型電界結合ワイヤレス充電装置は小型化に対して有用である。尚、電力伝送周波数は２０．０ＭＨｚ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、他の高い電力伝送周波数帯での構成は可能で、より小型化になる。

１・・・ＤＣＤＣコンバータ
２・・・電圧入力端
３・・・電圧出力端
４・・・出力コイル入力端
１０・・・ＤＣＤＣコンバータ信号源出力端
１１・・・電力抽出用容量
２０、２１、２３、
２４、２５、２６・・・フィルタ用コイル
３０、３１、３２、
３３・・・フィルタ用結合容量
５０、５１・・・フィルタ並列腕用容量

Claims

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ＤＣＤＣコンバータ１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型電界結合ワイヤレス充電装置。
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ＤＣＤＣコンバータ１発信側出力に用いる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し、構成する並列腕（５０，５１）の容量の容量値を４０ｐＦ以下及び結合容量（３０，３１，３２，３３）の容量値を８ｐＦ以下とする移動端末型電界結合ワイヤレス充電装置。
このＤＣＤＣコンバータ１を、電界結合型電力供給システムの送信側出力のソース発振源としても利用でき、なおかつＤＣＤＣコンバータ１は送信側ユニット部での安定化電源電圧を同時に供給可能となり、２つの機能を１ヶのＤＣＤＣコンバータ１で構成するのを特徴とする充電装置。尚電界結合型電力供給システムに限らず、他の電磁誘導型電力供給システムや、磁気共鳴型電力供給システムの電力供給ソース発振源としても利用でき、同時に送信側ユニットへ安定化電源電圧を供給できる機能を有する事を特徴とする充電装置。