JP3832734B2 - 電力供給装置および受電装置、並びに電力供給システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力供給装置および受電装置、並びに電力供給システムに関し、特に、電磁誘導を利用した非接触の電力供給を効率的に行うことができるようにした電力供給装置および受電装置、並びに電力供給システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
非接触で電力を伝達する主な手法として、電磁誘導がある。コイルを貫く磁束が変化すると、コイルには電流を流そうとする起電力が生じる。これを電磁誘導といい、このとき生じる起電力を誘導起電力という。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
電磁誘導により発生する誘導起電力を利用した非接触の電力供給では、給電コイルと受電コイルが正確に位置合わせされた場合に高い電力伝達効率を実現することができる。また、給電コイルと受電コイルの空隙の大きさ(距離)も、電力伝達効率に大きく影響する。
【0004】
そのため、非接触でありながら、高い電力伝達効率を得るためには、給電装置に対する受電機器の位置合わせや、距離の調整が必要となるので、例えば、クレイドルなどによって、給電装置に対する受電機器の戴置位置を厳しく制約する必要が生じる。
【0005】
例えば、携帯型電話機やPDA(Personal Digital(Data) Assistants)などの、多くの携帯型機器の充電は、あらかじめ決められたクレイドルを用いなければ行えないようになっているので、外出中に、携帯型機器を再充電する必要がある場合、利用者は、クレイドルを持ち歩かなければならなかった。
【0006】
この制約を取り除くため、例えば、給電装置に、複数の給電コイルを平面状に並べ、その平面上に受電機器を戴置することにより、細かい位置決めを行うことなく給電装置から受電機器へ非接触で電力を供給する技術がある。しかしながら、この技術においても、給電コイルに対する受電機器の受電コイルの位置によって電力伝達効率が変化してしまう。また、受電機器に電力を供給していない給電コイルにも電流が流されるので、無駄な電力が消費されてしまう。
【0007】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、受電機器の形状や給電装置に対する戴置位置にかかわらず、電磁誘導を利用した非接触の電力供給を行う場合の電力伝達効率を向上させるようにするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の電力供給装置は、第1のコイルと、第1のコイルの近傍で、かつ接しない位置であり、第1のコイルに電流を発生させる電磁波の進行経路のうちの少なくとも一部を含む位置に設けられている磁石と、第1のコイルが受けた電磁波に基づく誘導起電力を直流電圧に変換する変換回路とを備える受電装置に、電力を供給する電力供給装置であって、内部に空間を有する鉄心と、鉄心の外周に巻きつけられている第2のコイルと、鉄心の内部の空間に封入され、磁力により鉄心の内部の空間内を移動可能な磁性体と、第2のコイルに電流が流れた場合に発生する電磁波の出力面のうち、一方の面に設けられ、磁力を透過させる材質で構成され、受電装置が設置される設置面とを備え、磁性体は、鉄心の内部の空間の100%未満の体積を占め、かつ、設置面上に受電装置が戴置されている状態において、鉄心の内部の空間の底面から設置面における受電装置の戴置位置を磁性体で連結するように、鉄心の内部の空間に封入されていることを特徴とする。
【0009】
磁性体は、砂鉄であるものとすることができる。
【0010】
磁性体は、磁性流体であるものとすることができる。
【0011】
磁性体は、鉄粉であるものとすることができる。
【0012】
設置面は、平面形状であるものとすることができる。
【0013】
設置面は、球面形状であるものとすることができる。
【0014】
本発明の受電装置は、内部に空間を有する鉄心と、鉄心の外周に巻きつけられている第1のコイルと、鉄心の内部の空間に封入され、磁力により鉄心の内部の空間内を移動可能な磁性体と、第1のコイルに電流が流れた場合に発生する電磁波の出力面のうち、一方の面に設けられ、磁力を透過させる材質で構成される設置面とを備え、磁性体は、鉄心の内部の空間の 100 %未満の体積を占め、かつ、設置面上に受電装置が戴置されている状態において、鉄心の内部の空間の底面から設置面における受電装置の戴置位置を磁性体で連結するように、鉄心の内部の空間に封入されている電力供給装置が発生する電磁波を受ける第2のコイルを備える受電装置であって、第2のコイルの近傍で、かつ接しない位置であり、第2のコイルに電流を発生させる電磁波の進行経路のうちの少なくとも一部を含む位置に設けられている磁石と、設置面に設置された場合、第2のコイルが受ける電磁波に基づく誘導起電力を直流電圧に変換する変換回路とを備えることを特徴とする。
【0015】
磁石は、前記第2のコイルの鉄心として備えられているものとすることができる。
【0016】
本発明の電力供給システムは、電力供給装置が、内部に空間を有する鉄心と、鉄心の外周に巻きつけられている第1のコイルと、鉄心の内部の空間に封入され、磁力により鉄心の内部の空間内を移動可能な磁性体と、第1のコイルに電流が流れた場合に発生する電磁波の出力面のうち、一方の面に設けられ、磁力を透過させる材質で構成され、受電装置が設置される設置面とを備え、磁性体は、鉄心の内部の空間の 100 %未満の体積を占め、かつ、設置面上に受電装置が戴置されている状態において、鉄心の内部の空間の底面から設置面における受電装置の戴置位置を磁性体で連結することができるように、鉄心の内部の空間に封入されており、受電装置が、電力供給装置が発生する電磁波を受信する第2のコイルと、第2のコイルの近傍で、かつ接しない位置であり、第2のコイルに電流を発生させる電磁波の進行経路のうちの少なくとも一部を含む位置に設けられている磁石と、第2のコイルが受けた電磁波に基づく誘導起電力を直流電圧に変換する変換回路とを備えることを特徴とする。
【0017】
本発明の電力供給装置においては、鉄心の内部に空間が設けられ、コイルが鉄心の外周に巻きつけられ、磁性体が鉄心の内部の空間内を移動可能に封入され、受電装が設置される置設置面が、コイルに電流が流れた場合に発生する電磁波の出力面のうち、一方の面に設けられ、磁力を透過させる材質で構成されている。そして、磁性体は、鉄心の内部の空間の 100 %未満の体積を占め、かつ、設置面上に受電装置が戴置されている状態において、鉄心の内部の空間の底面から設置面における受電装置の戴置位置を磁性体で連結することができるように、鉄心の内部の空間に封入されている。
【0018】
本発明の受電装置においては、コイルの近傍で、かつ接しない位置であり、コイルに電流を発生させる電磁波の進行経路のうちの少なくとも一部を含む位置に磁石が設けられ、コイルが受けた電磁波に基づく誘導起電力が直流電圧に変換される。
【0019】
本発明の電力供給システムにおいては、電力供給装置で、鉄心の内部に空間が設けられ、第1のコイルが鉄心の外周に巻きつけられ、磁性体が鉄心の内部の空間内を移動可能に封入され、受電装置が設置される設置面が、第1のコイルに電流が流れた場合に発生する電磁波の出力面のうち、一方の面に設けられ、磁力を透過させる材質で構成され、磁性体は、鉄心の内部の空間の 100 %未満の体積を占め、かつ、設置面上に受電装置が戴置されている状態において、鉄心の内部の空間の底面から設置面における受電装置の戴置位置を磁性体で連結することができるように、鉄心の内部の空間に封入され、受電装置で、電力供給装置が発生する電磁波が受信され、第2のコイルの近傍で、かつ接しない位置であり、第2のコイルに電流を発生させる電磁波の進行経路のうちの少なくとも一部を含む位置に磁石が設けられ、第2のコイルが受けた電磁波に基づく誘導起電力が直流電圧に変換される。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【0021】
図1に、給電装置1と、給電装置1から電力の供給を受ける受電機器2を示す。給電装置1は、給電コイル部12と、磁束を透過する材質で形成されているシート部11で構成され、図示しない交流電源から供給される電流を給電コイル部12のコイル(図3を用いて後述するコイル52)に供給することにより電磁波を発生し、シート部11の上部に戴置された受電機器2の内部に備えられているコイル(図2を用いて後述するコイル42)を貫く磁束を変化させる。すなわち、給電装置1は、電磁誘導により受電機器2に電力を供給する。
【0022】
受電機器2は、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、PDA、携帯型電話機、PHSなどの機器、もしくは、各種機器から必要に応じて取り外すことが可能なバッテリーであり、給電装置1上に載置されることによって、図2を用いて後述する受電部31が発生する電力によって各種処理を実行するか、もしくは、給電装置1から離れた場所において動作可能なように、必要に応じて電力を充電(蓄積)する。
【0023】
図2は、給電装置1が発生する電磁波を受けることにより得られる誘導起電力を基に、直流電圧を発生する受電機器2の受電部31の構成を示すブロック図である。
【0024】
磁石41は、コイル42に接しないように、微少な間隔をもって、コイル42より給電装置1側になるように配置されている。給電装置1が発生する電磁波によって、コイル42を貫く磁束が変化する。コイル42に接続されている共振回路43は、給電装置1が発生する電磁波に共振するように調整されている。共振回路43で発生した電圧(誘導起電力)は、整流/平滑回路44によって整流されて平滑され、直流電圧として、受電機器2の他の部分に供給されるか、あるいは、充電部45に充電される。
【0025】
磁石41は、図2に示されるように、コイル42より給電装置1側(図中、下側)になるように配置されていても良いが、コイル42の鉄心として設けられていても良い。また、磁石41は、永久磁石であることが望ましい。
【0026】
図3に、給電装置1の給電コイル部12の横断面図を示す。給電コイル部12は、鉄心51、コイル52、および、砂鉄53で構成されている。鉄心51は、その内部に空間を有している。すなわち、鉄心51は、その側面および底面にはそれぞれ鉄で構成されている面を有しているが、上面(すなわち、シート部11側)には鉄で構成されている面を有さないものである。鉄心51の内部の空間には、所定量の砂鉄53が封入されている。コイル52は、鉄心51の側面の周囲に巻きつけられた電線により形成される。
【0027】
鉄心51の内部の空間に封入される砂鉄53の量は、例えばシート部11上に、受電機器2が戴置されていない状態において、鉄心51の内部の空間を完全には埋め尽くさないが、ある一定の厚みをもって、その底面を覆い尽くすことができる程度の量である。ただし、後述する図4に示されるように、受電機器2の磁石41が、シート部11に配置されたとき、鉄心51の底面51aと、シート部51を、砂鉄53が連結することができる量が、最低限必要となる。
【0028】
また、給電コイル部12の内部に封入される物質は、砂鉄53以外にも、例えば、鉄粉や、その他の磁性流体などの、不定形で磁束を通す(すなわち、磁力を受けて、その形状を変化させることができる)磁性体であれば、どのようなものであってもかまわない。なお、給電コイル部12の内部に封入される磁性体の透磁率はできるだけ高いことが望ましい。
【0029】
図4に、給電装置1に受電機器2が戴置された場合の、給電装置1および受電機器2の縦断面図を示す。
【0030】
受電機器2の受電部31には、図2を用いて説明したように、磁石41が設けられている。給電装置1のシート部11は、磁束を透過する材質で形成されているので、給電コイル部12の内部に封入されている砂鉄53は、磁石41の磁力により吸引され、受電機器2の戴置場所に従って、コイル52に対する鉄心を形成する。
【0031】
すなわち、受電機器2がシート部11のどの位置に戴置されても、その真下の位置に砂鉄53により鉄心が形成される。この状態でコイル52に電流が流れた場合、発生する磁束は、砂鉄53により形成された鉄心の真上にある受電機器2の受電部31のコイル42に集中するため、電磁誘導による電力の伝達効率は非常に高くなる。
【0032】
図4においては、受電機器2を1つだけ図示して説明したが、シート部11の上部に複数の受電機器2が任意の位置に戴置された場合においても、砂鉄53は、それぞれの受電機器2が有する磁石41によって鉄心を構成する。従って、1台の給電装置1を用いて、複数の受電機器2に対して効率よく電力を供給することが可能である。
【0033】
なお、本実施の形態においては、シート部11の形状を平面形状として説明したが、シート部11の形状は、平面形状でなくとも良く、例えば、球面形状であっても良いし、曲面や複数の平面の組み合わせなどによる不定形状面であっても良い。
【0034】
なお、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。
【0035】
【発明の効果】
本発明によれば、電磁誘導を利用して、受電装置に非接触で電力を供給することができ、その場合の電力伝達効率が向上する。
【0036】
本発明によれば、非接触で電力の供給を受けることができ、その場合の電力伝達効率が向上する。
【0037】
本発明によれば、電力供給装置から受電装置に対して、非接触で電力を供給することができ、電力供給装置に対する受電装置の戴置位置に関わらず、電力伝達効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適応した給電装置および受電機器について説明する図である。
【図2】図1の受電機器の受電部の構成を示すブロック図である。
【図3】図1の給電装置の給電コイル部の横断面図である。
【図4】図1の給電装置および受電機器の縦断面図である。
【符号の説明】
1 給電装置, 2 受電機器, 11シート部, 12 給電コイル部, 31 受電部, 41 磁石, 42 コイル, 43 共振回路, 44 整流/平滑回路, 51 鉄心, 52 コイル, 53 砂鉄
Claims (9)
- 第1のコイルと、
前記第1のコイルの近傍で、かつ接しない位置であり、前記第1のコイルに電流を発生させる電磁波の進行経路のうちの少なくとも一部を含む位置に設けられている磁石と、
前記第1のコイルが受けた前記電磁波に基づく誘導起電力を直流電圧に変換する変換回路と
を備える受電装置に、電力を供給する電力供給装置において、
内部に空間を有する鉄心と、
前記鉄心の外周に巻きつけられている第2のコイルと、
前記鉄心の内部の空間に封入され、磁力により前記鉄心の内部の空間内を移動可能な磁性体と、
前記第2のコイルに電流が流れた場合に発生する電磁波の出力面のうち、一方の面に設けられ、磁力を透過させる材質で構成され、前記受電装置が設置される設置面と
を備え、
前記磁性体は、
前記鉄心の内部の空間の100%未満の体積を占め、かつ、前記設置面上に前記受電装置が戴置されている状態において、前記鉄心の内部の空間の前記底面から前記設置面における前記受電装置の戴置位置を前記磁性体で連結する
ように、前記鉄心の内部の空間に封入されている
ことを特徴とする電力供給装置。 - 前記磁性体は、砂鉄である
ことを特徴とする請求項1に記載の電力供給装置。 - 前記磁性体は、磁性流体である
ことを特徴とする請求項1に記載の電力供給装置。 - 前記磁性体は、鉄粉である
ことを特徴とする請求項1に記載の電力供給装置。 - 前記設置面は、平面形状である
ことを特徴とする請求項1に記載の電力供給装置。 - 前記設置面は、球面形状である
ことを特徴とする請求項1に記載の電力供給装置。 - 内部に空間を有する鉄心と、
前記鉄心の外周に巻きつけられている第1のコイルと、
前記鉄心の内部の空間に封入され、磁力により前記鉄心の内部の空間内を移動可能な磁性体と、
前記第1のコイルに電流が流れた場合に発生する電磁波の出力面のうち、一方の面に設けられ、磁力を透過させる材質で構成される設置面と
を備え、
前記磁性体は、前記鉄心の内部の空間の 100 %未満の体積を占め、かつ、前記設置面上に前記受電装置が戴置されている状態において、前記鉄心の内部の空間の前記底面から前記設置面における前記受電装置の戴置位置を前記磁性体で連結するように、前記鉄心の内部の空間に封入されている電力供給装置
が発生する前記電磁波を受ける第2のコイルを備える受電装置において、
前記第2のコイルの近傍で、かつ接しない位置であり、前記第2のコイルに電流を発生させる前記電磁波の進行経路のうちの少なくとも一部を含む位置に設けられている磁石と、
前記設置面に設置された場合、前記第2のコイルが受ける前記電磁波に基づく誘導起電力を直流電圧に変換する変換回路と
を備えることを特徴とする受電装置。 - 前記磁石は、前記第2のコイルの鉄心として備えられている
ことを特徴とする請求項7に記載の受電装置。 - 受電装置に電力を供給する電力供給装置と、
前記電力供給装置から非接触で電力の供給を受ける受電装置と
によって構成される電力供給システムにおいて、
前記電力供給装置は、
内部に空間を有する鉄心と、
前記鉄心の外周に巻きつけられている第1のコイルと、
前記鉄心の内部の空間に封入され、磁力により前記鉄心の内部の空間内を移動可能な磁性体と、
前記第1のコイルに電流が流れた場合に発生する電磁波の出力面のうち、一方の面に設けられ、磁力を透過させる材質で構成され、前記受電装置が設置される設置面と
を備え、
前記磁性体は、
前記鉄心の内部の空間の100%未満の体積を占め、かつ、前記設置面上に前記受電装置が戴置されている状態において、前記鉄心の内部の空間の前記底面から前記設置面における前記受電装置の戴置位置を前記磁性体で連結する
ように、前記鉄心の内部の空間に封入されており、
前記受電装置は、
前記電力供給装置が発生する前記電磁波を受信する第2のコイルと、
前記第2のコイルの近傍で、かつ接しない位置であり、前記第2のコイルに電流を発生させる前記電磁波の進行経路のうちの少なくとも一部を含む位置に設けられている磁石と、
前記第2のコイルが受けた前記電磁波に基づく誘導起電力を直流電圧に変換する変換回路と
を備えることを特徴とする電力供給システム。
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