JP2018038199A - 非接触給電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非接触給電装置から受電装置に安定した電力を供給することを目的とする。【解決手段】筐体１０は、上方向が開放された直方体の箱形状を有する。各送電コイルは、１本の導線を平坦に周回させることで形成されている。ｘ方向第１送電コイル１２１、ｘ方向第２送電コイル１２２、ｙ方向第１送電コイル１４１、およびｙ方向第２送電コイル１４２は、それぞれ、第１ｙｚ板１８１、第２ｙｚ板１８２、第１ｚｘ板２０１、および第２ｚｘ板２０２の内側に重ねられている。ｚ方向第１送電コイル１６１は底板２２の上面に重ねられ、ｚ方向第２送電コイル１６２は、筐体１０の開口の縁の内側を周回し、筐体１０の開口の縁の内側に固定されている。各送電コイルは、プラスチック樹脂等の絶縁体で形成された保護層によって内側から覆われている。対向する一対の送電コイルは、並列または直列に接続されている。筐体１０の内部には、受電装置が収容自在となっている。【選択図】図１

Description

本発明は、非接触給電装置に関し、特に、複数の送電コイルから受電装置に非接触給電する装置に関する。

非接触給電装置が広く用いられている。非接触給電装置は、受電装置に配線接続されない状態で受電装置に電力を供給する。非接触給電装置には、電磁誘導によって受電装置に電力を供給する電磁誘導方式のものがある。非接触給電装置は送電コイルを備え、受電装置は受電コイルを備えている。送電コイルは、受電コイルとの間の磁気的な結合によって受電コイルに誘導起電力を発生させ、受電装置に電力を供給する。

受電装置には、携帯情報端末、ゲーム機器、電動歯ブラシ、電動シェーバー等がある。一般にこれらの装置は、繰り返し充放電が可能な二次電池を備えており、二次電池が非接触給電装置によって充電される。充電の際には受電装置が非接触給電装置の所定の位置に配置され、非接触給電装置から受電装置の二次電池に充電電力が供給される。

以下の特許文献１には、非接触給電技術（ワイヤレス給電技術）に関する記載がある。

特開２０１６−１４４３８３号公報

非接触給電装置では、非接触給電装置と受電装置との間の距離や、非接触給電装置から見た受電装置の方向または姿勢等、これらの装置の位置関係によって受電装置に供給される電力が異なる。そのため、これらの装置の位置関係が変化することによって、受電装置に一定の電力が供給されないことがある。

本発明は、非接触給電装置から受電装置に安定した電力を供給することを目的とする。

本発明は、複数の送電コイルと、各前記送電コイルから非接触給電される受電装置を収容する筐体と、を備え、前記筐体は、前記受電装置から見て異なる方向にある複数の位置で前記送電コイルを支持していることを特徴とする。

望ましくは、各前記送電コイルは面状に形成されており、前記受電装置を挟んで対向する一対の前記送電コイルの組が、異なる方向に伸びる複数の仮想軸上のそれぞれに配置されている。

望ましくは、前記受電装置に供給された電力を示す電力情報であって、前記受電装置から無線送信された電力情報を取得する情報取得部と、前記電力情報に基づいて、各前記送電コイルの電力供給状態を調整する調整部と、を備える。

望ましくは、前記調整部は、前記電力情報に基づいて、各前記送電コイルに供給される電力を調整する。

望ましくは、前記調整部は、前記電力情報に基づいて、各前記送電コイルに流れる電流の位相、または、各前記送電コイルに印加される電圧の位相を調整する。

本発明によれば、非接触給電装置から受電装置に安定した電力を供給することができる。

非接触給電装置の構造を示す図である。 非接触給電装置の各機能を示す図である。 ｘ方向送電コイルユニットを模式的に示す図である。 ｘ方向送電コイルユニットを模式的に示す図である。 磁性体容器を備える非接触給電装置を示す図である。 円筒容器状に形成された筐体を備える非接触給電装置を示す図である。

図１には本発明の実施形態に係る非接触給電装置の構造が示されている。この図では、右方向がｘ軸正方向とされている。また、手前から奥に向かう方向がｙ軸正方向とされ、上方向に向かう方向がｚ軸正方向とされている。

非接触給電装置は、筐体１０、ｘ方向第１送電コイル１２１、ｘ方向第２送電コイル１２２、ｙ方向第１送電コイル１４１、ｙ方向第２送電コイル１４２、ｚ方向第１送電コイル１６１、およびｚ方向第２送電コイル１６２を備えている。

筐体１０は、上方に開放された直方体の箱形状を有する。筐体１０は、例えば、プラスチック樹脂、紙、木材等、非磁性の絶縁体によって形成される。筐体１０は、第１ｙｚ板１８１、第２ｙｚ板１８２、第１ｚｘ板２０１、第２ｚｘ板２０２、および底板２２によって構成されている。第１ｙｚ板１８１、第１ｚｘ板２０１、第２ｙｚ板１８２、および第２ｚｘ板２０２は四角筒を形成し、各板の底辺は、長方形の底板２２の各辺に接合されている。

各送電コイルは、１本の導線を平坦に周回させることで形成されている。以下の説明では、送電コイルの導線が含まれる面をコイル面という。

ｘ方向第１送電コイル１２１、ｘ方向第２送電コイル１２２、ｙ方向第１送電コイル１４１、およびｙ方向第２送電コイル１４２は、それぞれ、第１ｙｚ板１８１、第２ｙｚ板１８２、第１ｚｘ板２０１、および第２ｚｘ板２０２の内側に重ねられている。また、ｚ方向第１送電コイル１６１は底板２２の上面に重ねられ、ｚ方向第２送電コイル１６２は、筐体１０の開口の縁の内側を周回し、筐体１０の開口の縁の内側に固定されている。

ｘ方向第１送電コイル１２１およびｘ方向第２送電コイル１２２は並列に接続されている。同様に、ｙ方向第１送電コイル１４１およびｙ方向第２送電コイル１４２は並列に接続され、ｚ方向第１送電コイル１６１およびｚ方向第２送電コイル１６２は並列に接続されている。各送電コイルは、プラスチック樹脂等の絶縁体で形成された保護層によって内側から覆われている。また、このような保護層が設けられていなくてもよい。さらに、各送電コイルは、筐体１０の外側に固定されていてもよい。

図１に示されているように、ｘ方向第１送電コイル１２１およびｘ方向第２送電コイル１２２は、コイル面が対向するようにｘ軸方向に配列されている。同様に、ｙ方向第１送電コイル１４１およびｙ方向第２送電コイル１４２は、コイル面が対向するようにｙ軸方向に配列され、ｚ方向第１送電コイル１６１およびｚ方向第２送電コイル１６２は、コイル面が対向するようにｚ軸方向に配列されている。

コイル面を対向させて配列された２つの送電コイルのそれぞれの導線は、一方の送電コイルから筐体内に向かう磁界が発生しているときに、対向する他方の送電コイルからは筐体内から自らに向かう磁界が発生する方向に巻かれている。

筐体１０の内部には、受電装置が収容自在となっている。後述のように、各送電コイルに電力が供給されることで、受電装置の受電コイルに誘導起電力が発生し、各送電コイルから受電装置に電力が供給される。

このように、本実施形態に係る非接触給電装置は、複数の送電コイルとして、ｘ方向第１送電コイル１２１、ｘ方向第２送電コイル１２２、ｙ方向第１送電コイル１４１、ｙ方向第２送電コイル１４２、ｚ方向第１送電コイル１６１、およびｚ方向第２送電コイル１６２を備える。筐体１０は、筐体１０に収容された受電装置から見て異なる方向にある複数の位置に、複数の送電コイルを支持している。

各送電コイルは面状に形成されており、受電装置を挟んで対向する一対の送電コイルの組が、異なる方向に伸びる複数の仮想軸上（ｘ軸に平行な仮想軸、ｙ軸に平行な仮想軸、およびｚ軸に平行な仮想軸）のそれぞれに配置されている。

図２には、非接触給電装置の各機能がブロック図によって示されている。非接触給電装置は、電力供給部２４、ｘ方向調整部２６ｘ、ｙ方向調整部２６ｙ、ｚ方向調整部２６ｚ、ｘ方向送電コイルユニット１２、ｙ方向送電コイルユニット１４、ｚ方向送電コイルユニット１６、情報取得部２８、および制御部３０を備える。

図３には、ｘ方向送電コイルユニット１２が模式的に示されている。ｘ方向送電コイルユニット１２では、ｘ方向第１送電コイル１２１およびｘ方向第２送電コイル１２２が直列接続されている。すなわち、ｘ方向第１送電コイル１２１の一方の接続端は、ｘ方向送電コイルユニット１２の一対の接続端Ｔ１のうち一方の接続端に接続されている。ｘ方向第１送電コイル１２１の他方の接続端は、ｘ方向第２送電コイル１２２の一方の接続端に接続され、ｘ方向第２送電コイル１２２の他方の接続端は、ｘ方向送電コイルユニット１２の一対の接続端Ｔ１のうち他方の接続端に接続されている。なお、ｙ方向送電コイルユニット１４は、ｙ方向第１送電コイル１４１およびｙ方向第２送電コイル１４２を備えており、ｘ方向送電コイルユニット１２と同様の構成を有する。ｚ方向送電コイルユニット１６は、ｚ方向第１送電コイル１６１およびｚ方向第２送電コイル１６２を備えており、ｘ方向送電コイルユニット１２と同様の構成を有する。

各送電コイルユニットは、２つの送電コイルを並列接続した構成を有していてもよい。図４には、この場合のｘ方向送電コイルユニット１２が模式的に示されている。ｘ方向送電コイルユニット１２は、ｘ方向第１送電コイル１２１およびｘ方向第２送電コイル１２２を備えている。各送電コイルは一対の接続端を有し、ｘ方向送電コイルユニット１２の一対の接続端Ｔ２に接続されている。ｘ方向第１送電コイル１２１の一方の接続端は、ｘ方向第２送電コイル１２２の一方の接続端に接続され、ｘ方向第１送電コイル１２１の他方の接続端は、ｘ方向第２送電コイル１２２の他方の接続端に接続されている。ｙ方向送電コイルユニット１４およびｚ方向送電コイルユニット１６もまた、２つの送電コイルを並列接続した同様の構成を有していてもよい。

図２に示される電力供給部２４は、ｘ方向調整部２６ｘを介してｘ方向送電コイルユニット１２に電力を出力する。同様に、電力供給部２４は、ｙ方向調整部２６ｙを介してｙ方向送電コイルユニット１４に電力を出力し、ｚ方向調整部２６ｚを介してｚ方向送電コイルユニット１６に電力を出力する。

ｘ方向調整部２６ｘは、制御部３０による制御に従い、ｘ方向送電コイルユニット１２に供給される電力の供給状態を調整する。電力の供給状態には、電力の大きさ、ｘ方向送電コイルユニット１２の一対の接続端に印加される電圧の位相、一対の接続端のそれぞれに流れる電流の位相等がある。

同様に、ｙ方向調整部２６ｙおよびｚ方向調整部２６ｚは、制御部３０による制御に従い、それぞれ、ｙ方向送電コイルユニット１４に供給される電力の供給状態、および、ｚ方向送電コイルユニット１６に供給される電力の供給状態を調整する。電力の供給状態は、電力の大きさ、各送電コイルユニットの一対の接続端に印加される電圧の位相、一対の接続端のそれぞれに流れる電流の位相等がある。

各送電コイルユニットは筐体１０内に磁界を発生し、受電装置の受電コイルに誘導起電力を発生させ、受電装置に電力を供給する。

筐体１０内に発生する磁界は、各送電コイルユニットから発せられる磁界のベクトルを合成したベクトルによって表される。各送電コイルユニットに対する電力供給状態を調整することで、筐体１０内に発生する磁界の向きまたは大きさが調整される。これによって、受電装置が備える受電コイルに鎖交する磁束が調整され、受電装置に供給される電力が調整される。

受電装置は、無線モジュールを備えている。無線モジュールは、非接触給電装置から供給された電力（受信電力）の大きさを表す電力情報を無線送信する。電力情報は、受信電力そのものを表す値の他、受電コイルに現れた誘導起電力、受電コイルに流れた誘導電流等、受信電力を間接的に表す値を示す情報であってもよい。情報取得部２８は、無線モジュールから無線送信された電力情報を取得し、制御部３０に出力する。制御部３０は、電力情報に基づいて、ｘ方向調整部２６ｘ、ｙ方向調整部２６ｙ、およびｚ方向調整部２６ｚを制御する。

なお、無線モジュールおよび情報取得部２８には、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈの規格に従って設計されたものが用いられてもよい。

各調整部に対する制御は、各送電コイルユニットへの電力供給状態を調整することで、受電装置の受信電力が目標値に近づくように、または、受信電力が目標値に一致するように行われる。また、各調整部に対する制御は、各送電コイルユニットへの電力供給状態を調整することで、受電装置の受信電力が最大値となるように、または、受信電力が所定値以上となるように行われてもよい。

本実施形態に係る非接触給電装置によれば、複数の送電コイルによって筐体１０内の空間が囲まれ、各送電コイルに対する電力供給状態が制御される。すなわち、電力情報に基づいてｘ方向調整部２６ｘ、ｙ方向調整部２６ｙ、およびｚ方向調整部２６ｚが制御され、各送電コイルユニットに供給される電力、各送電コイルユニットに印加される電圧の位相、または、各送電ユニットに流れる電流の位相が調整される。これによって、受電コイルの鎖交磁束が適切な大きさとなるように、筐体１０内に発生する磁界の大きさおよび向きが調整され、受電コイルの位置または姿勢の相違による受信電力のばらつきが抑制される。

一般に、受電装置における受電コイルの位置または姿勢は製品の種類によって異なる。本実施形態に係る非接触給電装置によれば、受電コイルの位置または姿勢の製品の種類ごとのばらつきが補償され、製品の種類の違いによる受信電力のばらつきが抑制される。

また、一般に、ユーザが受電装置を筐体内に収容して充電操作をする度に、受電装置の位置や姿勢は異なり、受電コイルの位置または姿勢は異なる。本実施形態に係る非接触給電装置によれば、受電装置の位置や姿勢が充電操作の度に異なることによる受信電力のばらつきが抑制される。

図５には、上方に開放された磁性体容器３２を備える非接触給電装置が示されている。筐体１０は磁性体容器３２に収容されている。磁性体容器３２は、鉄、酸化クロム、コバルト、フェライト等の磁性体で形成されている。また、磁性体容器３２は、プラスチック樹脂等の非磁性体の材料に、磁性体材料を粉末にしたものを含ませた材料で形成してもよい。このような構成によれば、非接触給電装置から外部に漏洩する磁界が低減され、外部の電子機器の動作への影響が抑制される。また、各送電コイルから受電装置に供給される電力が増加する。

非接触給電装置の筐体１０は、直方体の箱形状以外の形状を有していてもよい。図６には、円筒容器状に形成された筐体３４が示されている。各送電コイルのコイル面は、筐体３４の側壁の形状に沿った形状を有する。

また、上記では、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向の３軸方向のそれぞれにおいて、一対の送電コイルが対向する構成について説明した。このような構成の他、１方向において受電装置を挟んで対向する一対の送電コイルの組が設けられた構成を採用してもよい。また、２方向または４方向以上の方向のそれぞれにおいて、受電装置を挟んで対向する一対の送電コイルの組が設けられた構成を採用してもよい。

本実施形態に係る非接触給電装置は、国際標準規格であるＱｉに従って設計されてもよい。

１０，３４ 筐体、１２ ｘ方向送電コイルユニット、１２１ ｘ方向第１送電コイル、１２２ ｘ方向第２送電コイル、１４ ｙ方向送電コイルユニット、１４１ ｙ方向第１送電コイル、１４２ ｙ方向第２送電コイル、１６ ｚ方向送電コイルユニット、１６１ ｚ方向第１送電コイル、１６２ ｚ方向第２送電コイル、１８１ 第１ｙｚ板、１８２ 第２ｙｚ板、２０１ 第１ｚｘ板、２０２ 第２ｚｘ板、２２ 底板、２４ 電力供給部、２６ｘ ｘ方向調整部、２６ｙ ｙ方向調整部、２６ｚ ｚ方向調整部、２８ 情報取得部、３０ 制御部、３２ 磁性体容器。

Claims (5)

1. 複数の送電コイルと、
   各前記送電コイルから非接触給電される受電装置を収容する筐体と、を備え、
   前記筐体は、前記受電装置から見て異なる方向にある複数の位置で前記送電コイルを支持していることを特徴とする非接触給電装置。
2. 請求項１に記載の非接触給電装置において、
   各前記送電コイルは面状に形成されており、
   前記受電装置を挟んで対向する一対の前記送電コイルの組が、異なる方向に伸びる複数の仮想軸上のそれぞれに配置されていることを特徴とする非接触給電装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の非接触給電装置において、
   前記受電装置に供給された電力を示す電力情報であって、前記受電装置から無線送信された電力情報を取得する情報取得部と、
   前記電力情報に基づいて、各前記送電コイルの電力供給状態を調整する調整部と、
   を備えることを特徴とする非接触給電装置。
4. 請求項３に記載の非接触給電装置において、
   前記調整部は、前記電力情報に基づいて、各前記送電コイルに供給される電力を調整することを特徴とする非接触給電装置。
5. 請求項３に記載の非接触給電装置において、
   前記調整部は、前記電力情報に基づいて、各前記送電コイルに流れる電流の位相、または、各前記送電コイルに印加される電圧の位相を調整することを特徴とする非接触給電装置。

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