JP2021005994A - ワイヤレス給電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属の異物Ｘを検知可能な縦置き方式のワイヤレス給電装置を実現すること。【解決手段】ワイヤレス給電装置は、ホルダ１０と、送電コイル１１と、熱センサ１２と、制御装置１３と、警告装置１４と、によって構成されている。送電コイル１１は、ホルダ１０の側部１５Ｂ外側に配置されている。熱センサ１２は、ホルダ１０の底部１６に配置されている。熱センサ１２により検知した温度が４０℃以上である場合、または、昇温速度が５分当たり２０℃以上である場合、制御装置１３は、送電コイル１１と電子機器Ｄの間に金属の異物Ｘが存在し、異物Ｘが異常発熱していると判断する。そして、制御装置１３は、送電コイル１１から電子機器Ｄへのワイヤレス給電を停止する。また、制御装置１３は、警告装置１４を起動し、ホルダ１０内に異物Ｘが混入して異常発熱している旨を使用者に知らせる。【選択図】図１

Description

本発明は、縦置き方式のワイヤレス給電装置に関するものである。

携帯電話のワイヤレス充電器として、周波数１５０〜２１０ｋＨｚの電磁誘導方式のもの（Ｑｉ（登録商標）規格のもの）が知られている。一般に、ワイヤレス充電器の形状を平板とし、その平板上に携帯電話を横にして配置して充電する横置き方式が採用されている。

横置き方式のワイヤレス充電器は、携帯電話の面積よりも広い設置スペースが必要となる。そこで、設置スペースを減らせる縦置き方式のものも開発されている。縦置き方式では、携帯電話を縦に保持するためのホルダが必要となる。

特許文献１には、給電可能な機器と給電不可能な異物とが同時に配置された場合に、異物の発熱を抑制可能な非接触給電の給電装置が記載されている。特許文献１の給電装置では、複数のホール素子により機器を検知し、機器に電波を送信してＩＣタグからの返信により給電可能な機器であるか否かを判定している。そして、給電不可能な異物である場合には、異物の近傍に配置されたサーミスタにより異物の温度を検出し、その温度によって給電を制御している。また、特許文献１の給電装置は、縦置き方式としてもよいことが記載されている。

特開２００９−２１９１７７号公報

横置き方式のワイヤレス充電器では、携帯電話の設置箇所が平板状であるため死角がなく、異物があれば使用者が気づく可能性が高い。また、異物があれば携帯電話を安定して設置できないため、使用者は異物に気づきやすい。よって横置き方式では異物の影響は少ない。

しかし、縦置き方式のワイヤレス充電器では、ホルダに金属の異物が混入する可能性がある。ホルダの底は使用者の死角となり、使用者が異物に気づかないこともある。すると、携帯電話と送電コイルの隙間に金属の異物が入る可能性があり、その状態で充電を開始すると異物が発熱してしまう可能性がある。

また、特許文献１の給電装置では、異物の検出に複数のホール素子とＩＣタグを利用しているので、装置構成が複雑となったり、コストが高くなる問題がある。

そこで本発明の目的は、金属の異物の検出が可能な縦置き型のワイヤレス給電装置を実現することである。

本発明は、側部と底部を有し上部が開放されたカップ状の容器であって、その容器内に受電装置を投入して縦に保持するホルダと、ホルダの側部に配置され、前記受電装置にワイヤレス給電する送電コイルと、ホルダの底部に配置され、ホルダ内の熱を検知する熱センサと、熱センサにより検知した熱に基づき、ホルダ内の異物の発熱を検知し、送電コイルへの給電およびその停止を制御する制御装置と、異物の発熱を検知した場合に使用者に異物の存在を知らせる警告装置と、を有することを特徴とするワイヤレス給電装置である。

制御装置は、熱センサにより検知した温度について昇温速度が５分当たり２０℃以上である場合、送電コイルへの給電を停止するように動作してもよい。受電装置の発熱を異物の発熱と誤検知することが抑制できる。

異物を冷却する冷却装置をさらに有し、制御装置は、異物の発熱を検知した場合に冷却装置の冷却動作を開始し、異物の発熱を検知しない場合には冷却装置の冷却動作を停止させるようにしてもよい。発熱による異物の検知を阻害しないようにしつつ、異物を冷却することができる。

熱センサは、焦電型センサであってもよい。異物の発熱をより精度よく検知することができる。

本発明によれば、金属の異物を検出することができ、縦置き型のワイヤレス給電装置の安全性を向上させることができる。

実施例１のワイヤレス給電装置の構成を示した図。 実施例１のワイヤレス給電装置の構成の変形例を示した図。

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

図１は、実施例１のワイヤレス給電装置を示した図である。実施例１のワイヤレス給電装置は、図１のように、ホルダ１０と、送電コイル１１と、熱センサ１２と、制御装置１３と、警告装置１４と、によって構成されている。実施例１のワイヤレス給電装置は、ホルダ１０によって携帯電話、タブレット端末などの電子機器Ｄ（本発明の受電装置に相当）を縦に保持し、その状態で電子機器Ｄに電磁誘導方式によりワイヤレス給電し、電子機器Ｄのバッテリを充電する装置である。周波数はたとえば１５０〜２１０ｋＨｚであり、出力はたとえば５〜５０Ｗである。また、給電可能な距離は０〜３０ｍｍである。

ホルダ１０は、車両内装に設けられた電子機器ホルダである。ホルダ１０は、側部１５、底部１６を有し、上部が開放されたカップ状の容器である。なお、ホルダ１０は、飲料を保持するドリンクホルダなどを兼ねる有底容器であってもよい。この容器内に電子機器Ｄを投入し、側部１５と底部１６によって支えることで、電子機器Ｄを縦に保持する。ここで、縦とは、水平面に対して９０°を成す状態のみを意味するのではなく、９０°に近い状態も意味する。たとえば、水平面に対して４５°以上の角度を成す状態である。また、電子機器Ｄは、厚さ８〜２５ｍｍ、長辺６０〜１５０ｍｍの長方形の板状を想定する。

ホルダ１０の材料は、ワイヤレス給電時に加熱されない材料、つまり絶縁体であれば任意でよく、合成樹脂、木材などを用いることができる。

ホルダ１０の形状は、角錐台状である。４つの側部１５のうち、３つ（以下、側部１５Ａとする）は底部１６に垂直、もしくはそれに近い角度であり、他の１つ（以下、側部１５Ｂとする）は底部１６に対して傾斜していて、側部１５Ａよりも大きく傾斜している。傾斜角度はたとえば７０〜８５°である。また、側部１５Ａの上端は、ホルダ１０の外側に向かって湾曲しており、電子機器Ｄのホルダ１０内への投入が容易となるようにしている。また、側部１５Ａの高さＨ１は６０〜１５０ｍｍであり、側部１５Ｂの高さＨ２は、他の側部１５Ａに比べて高くなっている。たとえば、側部１５Ａに比べて１０〜５０ｍｍ高くなっている。

ホルダ１０の形状を上記のような形状とすることで、使用者がホルダ１０内に電子機器Ｄを投入しやすくするとともに、電子機器Ｄを側部１５Ｂ側に若干傾斜させた状態で保持が可能となるようにし、ホルダ１０内における電子機器Ｄの位置や姿勢を安定させやすくしている。

また、側部１５Ｂ側からこれに対向する側部１５Ａに向かう方向における、底部１６の幅Ｗは、２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下に設定されている。実施例１のワイヤレス給電装置は、送電可能な距離が０〜３０ｍｍであるため、送電コイル１１から電子機器Ｄまでの距離がその範囲に入るように幅Ｗが設定されている。

なお、ホルダ１０の形状は実施例１に示した形状に限らず、側部１５と底部１６とを有するカップ状の形状であれば任意の形状でよく、底部１６の平面視は矩形、楕円、円などでもよい。また、側部１５や底部１６は平面である必要はなく、曲面を有していてもよい。ドリンクホルダを兼ねる場合や、ドリンクホルダの近くにホルダ１０が設けられる場合、底部１６に液体等が溜まる恐れがある。そこで底部１６の一部に開口を設け、液体を外に排出できるようにしてもよい。

送電コイル１１は、電磁誘導によって電子機器Ｄの受電コイルへ給電を行うものである。送電コイル１１は、制御装置１３に接続されており、制御装置１３によって送電コイル１１に流れる電流が制御される。また、送電コイル１１は、ホルダ１０の側部１５Ｂ外側に配置されている。

なお、実施例１では送電コイル１１の数を１つとしているが、複数の送電コイル１１を配置してもよい。また、送電コイル１１の形状、巻き数、線径などは、所望の給電特性に応じて任意に設定することができる。また、実施例１では、送電コイル１１をホルダ１０の側部１５外側に配置しているが、内側に配置したり、埋め込んだりしてもよい。

熱センサ１２は、ホルダ１０内に混入した金属の異物Ｘを熱により検知するための装置であり、焦電型センサである。熱センサ１２は、ホルダ１０の底部１６に配置されている。熱センサ１２を底部１６に配置することで、ホルダ１０の底部１６に落下した異物Ｘをより検知しやすくなる。ホルダ１０の底部１６には孔が設けられ、そこに熱センサ１２が埋め込まれていて、熱センサ１２の受光面はホルダ１０の内部側に露出している。熱センサ１２の受光面とホルダ１０の底面とは面一になっている。また、熱センサ１２は、制御装置１３に接続されていて、温度に関する情報を含む電気信号が制御装置１３に入力される。

なお、実施例１では、熱センサ１２をホルダ１０の底部１６に埋め込むようにして配置しているが、底部１６であれば埋め込む必要はなく、底部１６の内側、外側のいずれに配置してもよい。ただし、ホルダ１０内に投入した電子機器Ｄの位置や姿勢の安定性に影響がないように、熱センサ１２は実施例１のように底部１６に埋め込むことが好ましい。また、熱センサ１２の位置が、底部１６のうち側部１６近傍（ホルダ１０の角部）だと、ホルダ１０内に電子機器Ｄを投入して立てかけた際に、熱センサ１２の直上に電子機器Ｄが位置して干渉する可能性がある。そのため、熱センサ１２はホルダ１０の角部から離れた位置（底部１６の中央側）に配置することが好ましい。また、熱センサ１２は複数設けてもよい。

また、実施例１では熱センサ１２として非接触型である焦電型センサを用いているが、接触型、非接触型のいずれであってもよい。接触型の場合は、ホルダ１０の底部１６の温度を検知することにより、間接的に金属の異物Ｘの熱を検知することになる。一方、非接触型であれば、金属の異物Ｘの熱を直接検知可能であり、異物Ｘの熱をより精度よく検知することができる。よって、熱センサ１２は非接触型が好ましい。非接触型の熱センサとしては、ボロメータ、焦電型、サーモパイルなどが知られているが、実施例２のように焦電型センサが好ましい。異物Ｘをより精度よく検知するためである。また、検知温度範囲は下限が−１０〜１０℃、上限が８０〜１００℃であることが好ましく、特に１５〜５０℃において高精度であることが必要である。また、１５〜５０℃の範囲において１秒以下で検知できることが好ましい。

制御装置１３は、送電コイル１１、熱センサ１２、警告装置１４と接続されている。制御装置１３は、熱センサ１２により検出した温度に基づき送電コイル１１への電流の供給を制御したり、警告装置１４の動作を制御したりする装置である。制御装置１３のより詳細な動作については後述する。

警告装置１４は、制御装置１３に接続されており、制御装置１３による制御に基づき、使用者に異物Ｘの存在を知らせる装置である。たとえば、警告音を鳴らす、振動させる、ＬＥＤなどのランプを点灯させる、ディスプレイに画像を表示させる、などの方法によって異物Ｘの存在を知らせる装置である。また、検出した異物Ｘの温度に応じて警告の仕方を変化させてもよい。たとえば、検出した異物Ｘの温度が５０℃以上である場合、５０℃未満の場合に比べて大音量の警告音としたり、振動を大きくしたり、ランプの発光色を黄色から赤色に変化させたりしてもよい。また、警告装置１４は、ホルダ１０の近傍に設けられている必要はなく、ホルダ１０から離れた位置に設けられていてもよい。離れた位置に設ける場合、無線により制御装置１３と接続されていてもよい。

次に、実施例１のワイヤレス給電装置の動作について説明する。

ホルダ１０内に電子機器Ｄが投入されると、実施例１のワイヤレス給電装置と電子機器Ｄとの間で交信を行い、電子機器Ｄが受電可能な機器であるかどうか判断される。電子機器Ｄが受電可能であると判定されると、制御装置１３は送電コイル１１に電力を供給し、電磁誘導方式により送電コイル１１から電子機器Ｄの受電コイルへとワイヤレス給電を開始する。

ここで、実施例１のワイヤレス給電装置は、ホルダ１０によって電子機器Ｄを縦に保持する縦置き方式である。ホルダ１０はカップ状であるため、その内部は使用者の死角となりやすく、また異物Ｘもホルダ１０内に入り込みやすい。そのため、電子機器Ｄと送電コイル１１の間に金属の異物Ｘが位置する状態でワイヤレス給電が開始される可能性がある。特に実施例１のワイヤレス給電装置では、電子機器Ｄの位置、姿勢の安定のため、若干傾斜させた状態で保持し、ホルダ１０の側部１５と電子機器Ｄとが密着せずに隙間を生じるため、その隙間に金属の異物Ｘが入り込む可能性がある。

次に、制御装置１３は、熱センサ１２により検知した温度と昇温速度に基づき、次のように動作する。

熱センサ１２により検知した温度について、昇温速度が５分当たり２０℃未満である場合、制御装置１３は、送電コイル１１と電子機器Ｄの間に金属の異物Ｘが存在しないか、存在していても発熱が低く異常発熱していないと判断する。この場合、制御装置１３は、送電コイル１１から電子機器Ｄへのワイヤレス給電を継続する。

一方、熱センサ１２により検知した温度について、昇温速度が５分当たり２０℃以上である場合、制御装置１３は、送電コイル１１と電子機器Ｄの間に金属の異物Ｘが存在し、異物Ｘが異常発熱していると判断する。このようにして判断するのは、電子機器Ｄへの給電によって電子機器Ｄ自体も発熱し、電子機器Ｄの表面温度が１０℃以上上昇するため、これを異物Ｘの発熱と誤検知しないようにするためである。

そして、制御装置１３は、異物Ｘが異常発熱していると判断した場合、送電コイル１１への電力供給を停止して送電コイル１１に電流が流れないようにし、送電コイル１１から電子機器Ｄへのワイヤレス給電を停止する。

また、制御装置１３は、警告装置１４を起動し、音、光、振動などによってホルダ１０内に異物Ｘが混入して異常発熱している旨を使用者に知らせ、電子機器Ｄの移動、異物Ｘの除去を促す。たとえば、警告装置１４により警告音を発したり、ホルダ１０を振動させたり、ランプを点灯させるなどの方法によって、使用者に異物Ｘの異常発熱を知らせる。特に、熱センサ１２により検知した温度が５０℃以上である場合には、異物Ｘの温度が危険な温度であると判断し、警告装置１４によりその旨を使用者に知らせる。たとえば、より大きな警告音を発したり、振動をより大きくしたり、ＬＥＤの発光色を点滅させたりする。

その後、使用者によりホルダ１０内の異物Ｘが取り除かれるなどにより、昇温速度が５分当たり２０℃未満となったら、制御装置１３は、警告装置１４の起動を停止し、送電コイル１１への電力供給を再開して、送電コイル１１から電子機器Ｄへのワイヤレス給電を再開する。

なお、上記の例では、給電開始前からホルダ１０内に金属の異物Ｘが混入していた場合の動作であったが、ワイヤレス給電の途中に金属の異物Ｘが混入した場合にも、同様の動作によって金属の異物Ｘを検知することができる。つまり、異物Ｘが給電開始前から混入していた場合と給電開始後に混入した場合のいずれであっても、熱センサ１２により検知した温度が５分当たり２０℃以上の昇温速度である場合に異物Ｘが異常発熱していると判断する。このように、異常発熱かどうかを絶対温度で判断せずに昇温速度で判断することで、電子機器Ｄ自体の発熱と区別することができる。

以上のように、実施例１のワイヤレス給電装置によれば、電子機器Ｄと送電コイル１１の間に位置する金属の異物Ｘを検出することができ、使用者にその存在を知らせることができる。また、実施例１のワイヤレス給電装置では、金属以外の異物Ｘの場合、給電を継続できる。また、金属の異物Ｘであっても、発熱の小さいものであれば、給電を継続できる。

（変形例）
実施例１のワイヤレス給電装置に冷却装置２０をさらに設け、異常発熱した異物Ｘを冷却するようにしてもよい（図２参照）。制御装置１３は、異物Ｘの異常発熱を検知しない場合は冷却装置２０の冷却動作を停止させておき、異物Ｘの異常発熱を検知した場合に冷却動作を開始する。冷却装置２０による異物Ｘの冷却やワイヤレス給電の停止などによって異物Ｘの温度が低下し、異物Ｘの異常発熱が検知できなくなったら、冷却装置２０の動作を再び停止する。このように、冷却装置２０を常時起動させないことで、異常発熱による異物Ｘの検知を阻害しないようにしている。

冷却装置による冷却方式は任意でよく、送風ファンによる冷却や水冷式の冷却などを用いることができる。

実施例１のワイヤレス給電装置は、電磁誘導方式により電力を給電する装置であったが、磁界結合方式により電力を供給する装置であってもよい。その場合、周波数はたとえば１〜１０ＭＨｚであり、出力はたとえば５〜５０Ｗである。

実施例１のワイヤレス給電装置は、車両内装のドリンクホルダとの兼用や、ドリンクホルダに併設される装置として好適である。

本発明は、スマートフォンやタブレット端末などの電子機器の充電に利用することができる。

１０：ホルダ
１１：送電コイル
１２：熱センサ
１３：制御装置
１４：警告装置
１５：側部
１６：底部

Claims (4)

1. 側部と底部を有し上部が開放されたカップ状の容器であって、その容器内に受電装置を投入して縦に保持するホルダと、
   前記ホルダの前記側部に配置され、前記受電装置にワイヤレス給電する送電コイルと、
   前記ホルダの前記底部に配置され、前記ホルダ内の熱を検知する熱センサと、
   前記熱センサにより検知した熱に基づき、前記ホルダ内の異物の発熱を検知し、前記送電コイルへの給電およびその停止を制御する制御装置と、
   異物の発熱を検知した場合に使用者に異物の存在を知らせる警告装置と、
   を有することを特徴とするワイヤレス給電装置。
2. 前記制御装置は、前記熱センサにより検知した温度について昇温速度が５分当たり２０℃以上である場合、前記送電コイルへの給電を停止する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス給電装置。
3. 異物を冷却する冷却装置をさらに有し、
   前記制御装置は、異物の発熱を検知した場合に冷却装置の冷却動作を開始し、異物の発熱を検知しない場合には冷却装置の冷却動作を停止させる、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のワイヤレス給電装置。
4. 前記熱センサは、焦電型センサであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のワイヤレス給電装置。

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