JP5116858B2 - Non-contact transmission device and induction heating cooker - Google Patents
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Description
本発明は、電磁誘導を用いて、非接触にて二つの電気回路間で電力およびデータの伝送を行なう非接触伝送装置並びにこの非接触伝送装置を備えた誘導加熱調理器に関する。 The present invention relates to a non-contact transmission device that transmits electric power and data between two electric circuits in a non-contact manner using electromagnetic induction, and an induction heating cooker including the non-contact transmission device.
従来のスリッピングなど電極接点や配線によって回転物体、直動物体上にモーション伝送を行なうシステムにおいて、悪環境や繰り返し機械ストレスによる経年特性劣化の問題で信頼性の向上が図れなかった。回転運動あるいは直線運動する物体に電力や情報の供給を非接触で高周波電磁誘導によって伝送を行なう装置として、1対の高周波用ポットコアに電力及び情報伝送のためにそれぞれ巻線を施した伝送装置の構成と構造を開示している(特許文献1参照)。 In a conventional system for transmitting motion on a rotating object or straight animal body by electrode contact or wiring such as slipping, the reliability could not be improved due to the problem of deterioration of aged characteristics due to adverse environment or repeated mechanical stress. As a device for transmitting power and information to a rotating or linearly moving object by high-frequency electromagnetic induction without contact, a transmission device in which a pair of high-frequency pot cores are respectively wound for power and information transmission The configuration and structure are disclosed (see Patent Document 1).
無線電力伝送装置において、固定部カプラ及び稼動部カプラの組立性が悪く、また、防水性及び放熱性が確保できず、長期の絶縁性の保持が不可能になって、水、油が飛散する環境での使用が難しいという課題解決のために、組立性が良好で、また、樹脂モールドにより防水性及び放熱性を確保し、加えて長期の絶縁性の保持が可能になって、水、油が飛散する環境での使用が可能になる無線電力伝送装置として、電力伝送コイルと信号伝送コイルを有した組立体とフェライトコアを使用するという技術が開示されている(特許文献2参照)。 In the wireless power transmission device, the assembling of the fixed coupler and the operating coupler is poor, the waterproofness and heat dissipation cannot be secured, and long-term insulation cannot be maintained, and water and oil are scattered. In order to solve the problem that it is difficult to use in the environment, it is easy to assemble, and the resin mold ensures waterproofness and heat dissipation, as well as maintaining long-term insulation. As a wireless power transmission device that can be used in an environment in which air scatters, a technique of using an assembly having a power transmission coil and a signal transmission coil and a ferrite core is disclosed (see Patent Document 2).
特許文献1に記載の従来技術では、回転体への電力伝送及び情報伝送(以下、データ伝送あるいはデータ通信ということもある)を目的としているが、ここで述べられている構造として電力伝送用のコイルを1対のポットコアの内部に配置し、情報伝送用のコイルをもう1対の小型ポットコアの内部に配置した構造となっている。つまり、電力伝送用コイルと情報伝送用のコイルは一体化しているものではなく、完全に独立した2つの構造体となっている。また、この従来技術において、上述のような構造上の制約から情報送信と情報受信のコイルとの間の距離を変更できない。そのため、ある程度離れている機器から機器へ非接触での電力伝送・情報信号伝送は構造的に困難である。
The prior art described in
また、上記特許文献2に記載の従来技術では、電力伝送及びデータ通信が適正に行なわれるのは、送受電コイル及びデータ通信コイルが対向しており、その対向間隔が5〜10mmの時のみである。つまり対向間隔が0〜5mmにおいては電力伝送及びデータ通信が適正に行なわれない。さらに、対向するコイル同士を樹脂モールドにより固定するため、対向するコイル同士にズレが生じると電力伝送及びデータ通信が適性に行なわれないという課題があった。そのため、対向距離が絶えず変化、コイル同士に若干のズレが発生するような機器に適用することが困難である。
Moreover, in the prior art described in
特許文献1に記載の従来技術では、対向する電力伝送コイルの送信側と受信側が離れることを想定としていない為、対向する1対の電力伝送のコイルの上部にデータ通信用のコイルを設置しており、電力伝送用のコイルとデータ通信用のコイルが構造的に分離している。そのため、電力伝送の受信側と送信側の対向距離を離すことができない、取り外しができないなど、設置の自由度において大きく制限がある。特許文献2では、対向する伝送コイル間の距離が5〜10mmのみ電力伝送及びデータ通信が可能であるが、近接域0〜5mmでは伝送不可という課題がある。
In the prior art described in
本発明は、このような従来の問題点を解決するために為されたものであり、電力伝送用コイルとデータ通信用コイルの小型化を図り、一次側コイルと二次側コイル間の対向距離が0〜10mmの範囲で高い効率で伝送可能な非接触伝送装置並びに誘導加熱調理器を提供することを目的としている。 The present invention has been made in order to solve the above-described conventional problems, and aims to reduce the size of the power transmission coil and the data communication coil, and the opposing distance between the primary side coil and the secondary side coil. Is intended to provide a non-contact transmission device and an induction heating cooker that can transmit with high efficiency in the range of 0 to 10 mm.
本発明に係る非接触伝送装置は、送信部と、この送信部と非接触で配置された受信部と、を備え、送信部は、電源とデータを供給する第1の機能部と、第1の内側コイルと、第1の外側コイルと、第1の内側コイルと第1の外側コイルの間に介在して双方の磁界を分離する第1の磁性体と、を一体構造で有する第1のコイル構造体と、第2の内側コイルと、第2の外側コイルと、第2の内側コイルと第2の外側コイルの間に介在して双方の磁界を分離する第2の磁性体と、を一体構造で有する第2のコイル構造体と、第1の機能部から出力された電力を受けてこの電力を第1のコイル構造体と第2のコイル構造体に出力する電源部と、第1の機能部から出力された送信データを変調してデータ信号を第1のコイル構造体と第2のコイル構造体に出力する第1の通信部と、送信部と受信部との距離に応じて第1の内側コイルと第1の外側コイルのいずれか一方を電源部へ接続し、他方を第1の通信部へ接続するか、あるいは第2の内側コイルと第2の外側コイルのいずれか一方を電源部へ接続し、他方を第1の通信部へ接続させる第1の切換部と、を備え、受信部は、第1の機能部からのデータに基づいて動作する第2の機能部と、第3の内側コイルと、第3の外側コイルと、第3の内側コイルと第3の外側コイルの間に介在して双方の磁界を分離する第3の磁性体と、を一体構造で有し、第3の内側コイルと第3の外側コイルのいずれか一方が送信部から電磁誘導によって電力を受信して第1の電流を発生し、他方が送信部から電磁誘導によってデータ信号を受信して第2の電流を発生する第3のコイル構造体と、第4の内側コイルと、第4の外側コイルと、第4の内側コイルと第4の外側コイルの間に介在して双方の磁界を分離する第4の磁性体と、を一体構造で有し、第4の内側コイルと第4の外側コイルのいずれか一方が送信部から電磁誘導によって電力を受信して第3の電流を発生し、他方が送信部から電磁誘導によってデータ信号を受信して第4の電流を発生する第4のコイル構造体と、第1の電流または第3の電流から電力を取り出し、第2の機能部へ供給する受電部と、第2の電流または第4の電流からデータ信号を取り出し、復調してデータを再生し、第2の機能部へ供給する第2の通信部と、第1の切換部の接続切換え動作に同期して、第1の電流を受電部へ送り、第2の電流を第2の通信部へ送るように、第3の内側コイルと第3の外側コイルのいずれか一方を受電部へ接続し、他方を第2の通信部へ接続させるか、あるいは第3の電流を受電部へ送り、第4の電流を第2の通信部へ送るように、第4の内側コイルと第4の外側コイルのいずれか一方を受電部へ接続し、他方を第2の通信部へ接続させる第2の切換部と、を備えたものである。 A non-contact transmission device according to the present invention includes a transmission unit and a reception unit arranged in a non-contact manner with the transmission unit. The transmission unit includes a first functional unit that supplies power and data, and a first unit. And a first magnetic body that is interposed between the first inner coil and the first outer coil and separates both magnetic fields in a single structure. A coil structure, a second inner coil, a second outer coil, and a second magnetic body that is interposed between the second inner coil and the second outer coil and separates both magnetic fields. A second coil structure having an integral structure; a power supply unit that receives power output from the first functional unit and outputs the power to the first coil structure and the second coil structure; Modulating transmission data output from the functional unit of the first coil structure and second coil structure One of the first inner coil and the first outer coil is connected to the power supply unit according to the distance between the first communication unit to be output and the transmission unit and the reception unit, and the other is connected to the first communication unit. Or a first switching unit that connects either the second inner coil or the second outer coil to the power supply unit and connects the other to the first communication unit. A second functional unit that operates based on data from the first functional unit, a third inner coil, a third outer coil, and a third inner coil and a third outer coil. And a third magnetic body that separates both magnetic fields, and one of the third inner coil and the third outer coil receives power from the transmitter by electromagnetic induction and 1 current is generated, and the other receives a data signal by electromagnetic induction from the transmitter and receives a second current. A third coil structure produced, a fourth inner coil, a fourth outer coil, and a fourth inner coil interposed between the fourth inner coil and the fourth outer coil to separate both magnetic fields. One of the fourth inner coil and the fourth outer coil receives electric power from the transmitter by electromagnetic induction to generate a third current, and the other is the transmitter. A fourth coil structure that receives a data signal by electromagnetic induction and generates a fourth current; a power receiving unit that extracts power from the first current or the third current and supplies the power to the second functional unit; The data signal is extracted from the second current or the fourth current, demodulated to reproduce the data, and synchronized with the connection switching operation of the first switching unit and the second communication unit that supplies the data to the second function unit Then, the first current is sent to the power receiving unit, and the second current is sent to the second communication unit. In addition, either one of the third inner coil and the third outer coil is connected to the power receiving unit, and the other is connected to the second communication unit, or a third current is sent to the power receiving unit. A second switching unit that connects one of the fourth inner coil and the fourth outer coil to the power receiving unit and connects the other to the second communication unit so as to send current to the second communication unit; , With.
本発明によれば、非接触伝送装置は、送信部と、この送信部と非接触で配置された受信部と、を備え、送信部は、電源とデータを供給する第1の機能部と、第1の内側コイルと、第1の外側コイルと、第1の内側コイルと第1の外側コイルの間に介在して双方の磁界を分離する第1の磁性体と、を一体構造で有する第1のコイル構造体と、第2の内側コイルと、第2の外側コイルと、第2の内側コイルと第2の外側コイルの間に介在して双方の磁界を分離する第2の磁性体と、を一体構造で有する第2のコイル構造体と、第1の機能部から出力された電力を受けてこの電力を第1のコイル構造体と第2のコイル構造体に出力する電源部と、第1の機能部から出力された送信データを変調してデータ信号を第1のコイル構造体と第2のコイル構造体に出力する第1の通信部と、送信部と受信部との距離に応じて第1の内側コイルと第1の外側コイルのいずれか一方を電源部へ接続し、他方を第1の通信部へ接続するか、あるいは第2の内側コイルと第2の外側コイルのいずれか一方を電源部へ接続し、他方を第1の通信部へ接続させる第1の切換部と、を備え、受信部は、第1の機能部からのデータに基づいて動作する第2の機能部と、第3の内側コイルと、第3の外側コイルと、第3の内側コイルと第3の外側コイルの間に介在して双方の磁界を分離する第3の磁性体と、を一体構造で有し、第3の内側コイルと第3の外側コイルのいずれか一方が送信部から電磁誘導によって電力を受信して第1の電流を発生し、他方が送信部から電磁誘導によってデータ信号を受信して第2の電流を発生する第3のコイル構造体と、第4の内側コイルと、第4の外側コイルと、第4の内側コイルと第4の外側コイルの間に介在して双方の磁界を分離する第4の磁性体と、を一体構造で有し、第4の内側コイルと第4の外側コイルのいずれか一方が送信部から電磁誘導によって電力を受信して第3の電流を発生し、他方が送信部から電磁誘導によってデータ信号を受信して第4の電流を発生する第4のコイル構造体と、第1の電流または第3の電流から電力を取り出し、第2の機能部へ供給する受電部と、第2の電流または第4の電流からデータ信号を取り出し、復調してデータを再生し、第2の機能部へ供給する第2の通信部と、第1の切換部の接続切換え動作に同期して、第1の電流を受電部へ送り、第2の電流を第2の通信部へ送るように、第3の内側コイルと第3の外側コイルのいずれか一方を受電部へ接続し、他方を第2の通信部へ接続させるか、あるいは第3の電流を受電部へ送り、第4の電流を第2の通信部へ送るように、第4の内側コイルと第4の外側コイルのいずれか一方を受電部へ接続し、他方を第2の通信部へ接続させる第2の切換部と、を備えたので、電力供給とデータ通信信号の干渉を抑制することができ、対向距離も0(非接触)〜10mmにわたって電力伝送・データ通信が可能である。また、電力伝送用コイルとデータ通信コイルを一体構造としたので小型化を図ることができ、設置の自由度が向上する。さらに、非接触で伝送を行なうため、高い信頼性を維持できる。 According to the present invention, the non-contact transmission device includes a transmission unit and a reception unit arranged in non-contact with the transmission unit, and the transmission unit includes a first functional unit that supplies power and data, A first inner coil, a first outer coil, and a first magnetic body that is interposed between the first inner coil and the first outer coil and separates both magnetic fields in an integrated structure. A first coil structure, a second inner coil, a second outer coil, and a second magnetic body that is interposed between the second inner coil and the second outer coil and separates both magnetic fields. , And a power source unit that receives power output from the first functional unit and outputs this power to the first coil structure and the second coil structure, The transmission data output from the first functional unit is modulated to convert the data signal into the first coil structure and the second coil structure. One of the first inner coil and the first outer coil is connected to the power supply unit according to the distance between the first communication unit that outputs to the body, the transmission unit, and the reception unit, and the other is the first communication. Or a first switching unit that connects one of the second inner coil and the second outer coil to the power supply unit and connects the other to the first communication unit. The unit includes a second functional unit that operates based on data from the first functional unit, a third inner coil, a third outer coil, and a third inner coil and a third outer coil. And a third magnetic body that separates both magnetic fields in an integrated structure, and one of the third inner coil and the third outer coil receives power from the transmitter by electromagnetic induction. The first current is generated, and the other receives the data signal from the transmitter by electromagnetic induction and receives the second current. A third coil structure for generating a fourth coil, a fourth inner coil, a fourth outer coil, and a fourth coil that is interposed between the fourth inner coil and the fourth outer coil to separate both magnetic fields. The magnetic body is integrated with one another, and either the fourth inner coil or the fourth outer coil receives power from the transmitter by electromagnetic induction to generate a third current, and the other transmits. A fourth coil structure that receives a data signal by electromagnetic induction from the unit and generates a fourth current, and a power receiving unit that extracts power from the first current or the third current and supplies the power to the second functional unit And a connection switching operation between the first switching unit and the second communication unit that extracts the data signal from the second current or the fourth current, demodulates and reproduces the data, and supplies the data to the second functional unit Synchronously, the first current is sent to the power receiving unit, and the second current is sent to the second communication unit. As described above, either one of the third inner coil and the third outer coil is connected to the power receiving unit and the other is connected to the second communication unit, or a third current is sent to the power receiving unit. The second switching unit connects one of the fourth inner coil and the fourth outer coil to the power receiving unit and connects the other to the second communication unit so as to send the current to the second communication unit. Therefore, the interference between the power supply and the data communication signal can be suppressed, and the power transmission / data communication can be performed over the facing distance of 0 (non-contact) to 10 mm. In addition, since the power transmission coil and the data communication coil have an integrated structure, the size can be reduced, and the degree of freedom in installation is improved. Furthermore, since transmission is performed in a non-contact manner, high reliability can be maintained.
実施の形態1.
図1は本発明に係るコイル構造体を含む非接触伝送装置の構成を示すブロック図である。
非接触伝送装置1は、図1に示すように送信部2aと受信部2bとから構成されている。
送信部2aは機能部3aと通信部4aと電源部5aと切換部6aと一次側のコイルを収納するコイル構造体7aとから構成されている。
受信部2bは機能部3bと通信部4bと受電部5bと切換部6bと二次側のコイルを収納するコイル構造体7bとから構成されている。
次に、送信部2aの構成について説明する。
図2は図1におけるコイル構造体7aまたは7bの構成を示す構造図である。
コイル構造体7aは、図2に示すようにポット型のフェライトコア71aと内側コイル72aと外側コイル73aとから構成されている。フェライトコア71aは円柱状に構成された磁性体で構成されており、同心円状に溝部711aが形成されている。また、内側コイル72aは中空の円柱状に構成されており、フェライトコア71aの溝部711aに嵌合するように取り付けられる。また、外側コイル73aは、フェライトコア71aの高さと同じ高さをもつ中空の円柱状に構成されており、フェライトコア71aが外側コイル73aの中空部に嵌合するようにフェライトコア71aの外側に取り付けられる。
また、切換部6aは、内側コイル72aと外側コイル73aの接続先を通信部4aと電源部5aとに切り換えるものであり、内側コイル72aと外側コイル73aをそれぞれ電力伝送コイルとデータ通信コイルとして使用する状態からデータ通信コイルと電力伝送コイルとして使用する状態に切換えたり、その逆に切換えたりする。
機能部3aは送信データや制御信号を生成するものであり、演算処理や制御を行うCPUやDSPおよび各種データを記憶する記憶部、プログラムを格納するROMなどで構成される。
データ通信部4aは機能部3aから送られた送信データを変調して切換部6aおよびコイル構造体7aを介して受信部2bへ送信する。
電源部5aは送信部2aから受信部2bへ電力を供給する電源である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a contactless transmission apparatus including a coil structure according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the
The
The receiving
Next, the configuration of the
FIG. 2 is a structural diagram showing the configuration of the
As shown in FIG. 2, the
The
The
The
The
次に、受信部2bの構成について説明する。
コイル構造体7bは、図2に示すようにポット型のフェライトコア71bと内側コイル72bと外側コイル73bとから構成されている。フェライトコア71bは円柱状に構成された磁性体で構成されており、同心円状に溝部711bが形成されている。また、内側コイル72bは中空の円柱状に構成されており、フェライトコア71bの溝部711bに嵌合するように取り付けられる。また、外側コイル73bは、フェライトコア71bの高さと同じ高さをもつ中空の円柱状に構成されており、フェライトコア71bが外側コイル73bの中空部に嵌合するようにフェライトコア71bの外側に取り付けられる。
また、切換部6bは、内側コイル72bと外側コイル73bの接続先を通信部4bと電源部5bとに切り換えるものであり、内側コイル72bと外側コイル73bをそれぞれ電力伝送コイルとデータ通信コイルとして使用する状態からデータ通信コイルと電力伝送コイルとして使用する状態に切換えたり、その逆に切換えたりする。
機能部3bは制御信号を生成するものであり、演算処理や制御を行うCPUやDSPおよび各種データを記憶する記憶部、プログラムを格納するROMなどで構成される。
送信部2aから送られた変調データは、コイル構造体7bおよび切換部6bを介して受信され、データ通信部4bは受信した変調データをベースバンドデータに復調して機能部3bへ送信する。
受電部5bは送信部2aから供給された電力を受電して受信部2bの各構成部分に供給する。
また、非接触伝送が行なわれているのは、コイル構造体7aとコイル構造体7bとの間であり、実際の機器を想定した場合には1次側コイルであるコイル構造体7aは固定されており、2次側コイルであるコイル構造体7bが可動部に取り付けられる事となる。従って、コイル構造体7bを含んだ機器が対面のコイル構造体7aに対して双方の中心を通る軸を回転中心として回転、または軸方向へ離間または近接する。
Next, the configuration of the receiving
As shown in FIG. 2, the
The switching unit 6b switches the connection destination of the
The
The modulation data sent from the
The
Further, the contactless transmission is performed between the
切換部6を設ける理由としては、コイル構造体7aとコイル構造体7bの対向距離によっては、1次側の内側コイルと2次側の内側コイルの結合係数の変化および1次側の外側コイルと2次側の外側コイルの結合係数の変化により、電力伝送効率が移り変わるため安定した電力伝送が得られないためである。この切換部を設けることで、コイル構造体7aとコイル構造体7bの対向距離が変化し、所定の距離に到達すると、切換部は内側コイルの接続先と外側コイルの接続先を入れ換える。即ち、今まで内側コイルの接続先が電源部(あるいは受電部)であり、外側コイルの接続先が通信部であったならば、切換部は内側コイルの接続先を通信部に切り換え、外側コイルの接続先を電源部(あるいは受電部)に切り換える。また、今まで内側コイルの接続先が通信部であり、外側コイルの接続先が電源部(あるいは受電部)であったならば、切換部は内側コイルの接続先を通信部に切り換え、外側コイルの接続先を電源部(あるいは受電部)に切り換える。
この切換えにより常に安定した電力伝送特性が得られる。
The reason why the
This switching always provides stable power transmission characteristics.
図4は内側コイル72を電力伝送コイルとして使用する場合の電力伝送コイルの対向距離と結合係数の関係を示すグラフと、外側コイル73を電力伝送コイルとして使用する場合の電力伝送コイルの対向距離と結合係数の関係を示すグラフである。
図4において、ラインに菱形を付して示したグラフは内側コイル72を電力伝送コイルとして使用する場合の電力伝送コイルの対向距離と結合係数の関係を示すグラフであり、ラインに四角を付して示したグラフは外側コイル73を電力伝送コイルとして使用する場合の電力伝送コイルの一次側コイルと二次側コイルとの対向距離と結合係数の関係を示すグラフである。図4より送信側(一次側)のコイル構造体7aと受信側(二次側)のコイル構造体7b間の対向距離が大きくなると、内側コイル72を電力伝送コイルとして使用した場合の一次側コイルである内側コイル72aと二次側コイルである内側コイル72b間の結合係数、および外側コイル73を電力伝送コイルとして使用した場合の一次側コイルである外側コイル73aと二次側コイルである外側コイル73b間の結合係数がともに低下することが分かる。近接距離(0〜Xmm)においては、内側コイル72を電力伝送コイルとして使用した場合(図中ラインに菱形を付して示したグラフ)の方が、外側コイル73を電力伝送コイルとして使用した場合(図中ラインに四角を付して示したグラフ)よりも一次側コイルと二次側コイルとの結合係数が大きい。Xmmよりも離れた場合には、外側コイル73を電力伝送コイルとして使用した場合(図中ラインに四角を付して示したグラフ)の方が内側コイル72を電力伝送コイルとして使用した場合(図中ラインに菱形を付して示したグラフ)よりも一次側コイルと二次側コイルとの結合係数は大きくなる。つまり、対向するコイル構造体の距離が、0〜Xmmまでの時は内側コイル72を電力伝送コイルとして使用し(この場合、外側コイル73をデータ通信用として使用する)、Xmmより大きい場合は外側コイル73を電力伝送コイルとして使用する(この場合、内側コイル72をデータ通信用として使用する)ことが高効率で電力伝送が可能である。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the coupling distance and the opposing distance of the power transmission coil when the
In FIG. 4, a graph with rhombuses attached to the lines is a graph showing the relationship between the facing distance of the power transmission coil and the coupling coefficient when the
内側コイル72を電力伝送コイルとして使用する場合の一次側コイルと二次側コイルとの対向距離と結合係数の関係を示すグラフと外側コイル73を電力伝送コイルとして使用する場合の一次側コイルと二次側コイルとの対向距離と結合係数の関係を示すグラフにおいて、コイルの結合係数が逆転する対向距離Xの値に関しては、フェライトコア71のサイズによりその値は異なる。フェライトコアサイズによる結合係数の変化と対向距離のグラフを図5に示す。フェライトコアの径が小さいほど結合係数が小さく、Xの値もより近接値となる。また、この値はフェライトコアの直径・実行透磁率などのパラメータから導出できる。
When the
次に、外側コイル73を電力伝送コイルとして使用し、内側コイル72をデータ通信コイルとして使用した場合の電力伝送コイルとデータ通信コイルの対向距離に対する結合係数を算出した。図6は外側コイル73を電力伝送コイルとして使用し、内側コイル72をデータ通信コイルとして使用した場合の電力伝送コイルとデータ通信コイルの対向距離に対して算出した結合係数の値を追記したグラフである。算出した結合係数の値は、電力伝送信号がデータ通信信号に与える影響を数値化したものであり、結合係数が小さければその影響は軽微であるものといえる。
図6において、電力伝送コイルとデータ通信コイルとの結合係数の値と外巻・内巻それぞれの結合係数の値を比較すると、前者の値は後者の値に比べ十分に小さいことが確認できる。このことからデータの通信信号は、電力伝送信号の影響を受けにくいといえる。
Next, the coupling coefficient with respect to the facing distance between the power transmission coil and the data communication coil when the outer coil 73 was used as the power transmission coil and the
In FIG. 6, when the value of the coupling coefficient between the power transmission coil and the data communication coil is compared with the value of the coupling coefficient of each of the outer winding and the inner winding, it can be confirmed that the former value is sufficiently smaller than the latter value. Therefore, it can be said that the data communication signal is hardly affected by the power transmission signal.
このように送信部2aのコイル構造体7aと受信部3aのコイル構造体7bにおいて、フェライトコア71を使用し図2のように内側コイル72と外側コイル73を分離することで、図3に示すように内側コイル72a、72bで構成される磁束74はフェライトコア71により内側コイル72a、72bの周りの狭い範囲内に拘束して外側への拡大を抑制し、外側コイル73a、73bで構成される磁束75はフェライトコア71により外側コイル73a、73bの周りの狭い範囲内に拘束して内側への拡大を抑制することで、互いの磁束線がフェライトコアにより相手側へ伝達しにくくなるため、双方とも相手からの影響を受け難くなる。従来であれば電力伝送用コイルの磁束とデータ通信用コイルの磁束が互いに相手に影響を与えるため、この影響をできるだけ回避する様に、電力伝送用コイルとデータ通信用コイルをある程度の距離離す必要があったが、フェライトコア71を活用することにより、電力伝送とデータ通信を一体化された1つの構造物として行なうことが可能である。
Thus, in the
次に電力送受電用コイルとデータ送受信用コイルの仕様について、説明する。
図1において、コイル構造体7aの電力送電用コイルについては、リッツ線を用いる。このときのコイルの巻き数は、10〜30ターンである。コイル構造体7bの電力受電用コイルについても同様にリッツ線を用いる。電力受電コイルの巻き数は、コイル構造体7aと同様に10〜30ターンの巻き数とする。コイル構造体7aのデータ送信用コイルについても10〜30ターンのリッツ線または銅線を用いる。コイル構造体7bのデータ受信用コイルも同様の仕様とする。
Next, specifications of the power transmission / reception coil and the data transmission / reception coil will be described.
In FIG. 1, a litz wire is used for the power transmission coil of the
本発明の非接触伝送装置1の動作について図1を用いて説明する。送信部2aにおいて、電源部5aは、接続された機能部3aより交流電力を受け、切換え部6aを介してコイル構造体7aに比較的周波数の低い交流電力を供給することで内側コイル72aと外側コイル73aの内の電源部5aに接続された方を介して空間へ電磁界を発射する。受信部2bでは、内側コイル72bと外側コイル73bの内の受電部5bに接続された方が空間を介して送信部2aから電磁界を受けると、この電磁界により誘導されて交流電力を生成し、この交流電力を、切換部6bを介して受電部5bに供給する。受電部5bは、受電した交流電力を整流して直流電力に変換し、所定の電圧に変換して、受信部2bの機能部3bや通信部4bを含む各部へ供給する。これにより、機能部3bおよび通信部4bが動作する。
The operation of the
送信部2aの機能部3aが受信部2bの機能部3bへデータを送信する場合、通信部4aは機能部3aよりデータを受けると、このデータを変調して上記の電力とは異なる周波数の高周波信号に変換する。そして、高周波信号を切換え部6aを介してコイル構造体7aに供給することで内側コイル72aと外側コイル73aの内のデータ通信部4aに接続された方を介して空間へ上記電力とは異なる周波数の電磁界を発射する。受信部2bでは、内側コイル72bと外側コイル73bの内の通信部4bに接続された方が空間を介して送信部2aから電磁界を受けると、この電磁界により誘導されて交流信号を生成し、この交流信号を切換部6bが受けると、この信号の周波数により弁別して通信部4bへ送る。通信部4bは、コイル構造体7bから切換部6bを介して交流信号を受け取ると、復調を行ってデータを再生し、機能部3bへ再生したデータを渡す。
When the
同様に受信部2bの機能部3bが送信部2aの機能部3aへデータを送信する場合、通信部4bは機能部3bよりデータを受けると、このデータを変調して上記の電力とは異なる周波数の高周波信号に変換する。そして、高周波信号を切換え部6bを介してコイル構造体7bに供給することで内側コイル72aと外側コイル73aの内のデータ通信部4bに接続された方を介して空間へ上記電力とは異なる周波数の電磁界を発射する。送信部2aでは、内側コイル72aと外側コイル73aの内の通信部4aに接続された方が空間を介して受信部2bから電磁界を受けると、この電磁界により誘導されて交流信号を生成し、この交流信号を切換部6aが受けると、この信号の周波数により弁別して通信部4aへ送る。通信部4aは、コイル構造体7aから切換部6aを介して交流信号を受け取ると、復調を行ってデータを再生し、機能部3aへ再生したデータを渡す。
Similarly, when the
なお、切換えの動作について、前述のように外側コイル73を電力伝送コイルとして使用する場合の一次側コイルと二次側コイルとの結合係数の大きさが、内側コイル72を電力伝送コイルとして使用する場合の一次側コイルと二次側コイルとの結合係数の大きさよりも大きくなる対向距離はXmmであるので、電力伝送中にコイル構造体7aとコイル構造体7bの対向する距離が変化した場合、近接距離(0〜Xmm)の間は内側コイル72が電力伝送コイルとして使用され(即ち、内側コイル72aが電源部5aに結線され、内側コイル72bが受電部5bに結線され)、近接距離以上(Xmm〜)距離が離れると切換部6が動作し外側コイル73が電力伝送コイルとして使用される(即ち、外側コイル73aが電源部5aに結線され、外側コイル73bが受電部5bに結線される)。
この場合の切換え動作について説明する。
内側コイル72を電力伝送コイルとして使用するか、外側コイル73を電力伝送コイルとして使用するかは、機能部3bがコイル構造体7bに誘導された電力の電圧を監視し、ある一定の電圧値以下になった場合に、通信部4bを介して切換部6bを動作させて受電部5bに接続する内側コイル72bから外側コイル73bに(あるいは外側コイル73bから内側コイル72bに)自動的に切り替えるとともに、切換え信号を送信側2aへ送信する。機能部3aが切換信号を受信部2bから受信すると、通信部4aを介して切換部6aを動作させて電源部5aに接続する内側コイル72bから外側コイル73bに(あるいは外側コイル73bから内側コイル72bに)自動的に切り替える。
Regarding the switching operation, as described above, when the outer coil 73 is used as a power transmission coil, the magnitude of the coupling coefficient between the primary side coil and the secondary side coil is larger than the
The switching operation in this case will be described.
Whether the
また、上記説明では切換手段として、動作距離に応じて自動的に切換えるとしているが、当該非接触伝送装置1において、あらかじめコイル構造体7a、7b同士の対向する距離が固定されている場合には、スイッチ等の手段を用いて手動で電力伝送用コイルとデータ通信用コイルを切換えても良い。また、出荷時に半田付けにより切換え手段をあらかじめ固定しておいても良い。
In the above description, the switching means automatically switches according to the operating distance. However, in the
また、本発明における使用周波数については、電力伝送に用いる周波数帯は数十kHzであり、データ通信に用いられる搬送波の周波数は、MHz帯を使用している。電力と通信の帯域をずらすことで高速通信に対応している。 As for the frequency used in the present invention, the frequency band used for power transmission is several tens of kHz, and the frequency of the carrier wave used for data communication uses the MHz band. It supports high-speed communication by shifting power and communication bandwidth.
以上、この実施の形態1によれば、非接触伝送装置は、送信部と、送信部と非接触で配置された受信部と、を備え、送信部は、電源と送信データを供給する第1の機能部と、第1の内側コイルと、第1の外側コイルと、第1の内側コイルと第1の外側コイルの間に介在して双方の磁界を分離する第1の磁性体と、を一体構造で有する第1のコイル構造体と、第1の機能部から出力された電力を受けて電力を第1のコイル構造体に出力する電源部と、第1の機能部から出力されたデータを変調して第1のコイル構造体に出力する第1の通信部と、送信部と受信部との距離に応じて第1の内側コイルと第1の外側コイルのいずれか一方を電源部へ接続し、他方を第1の通信部へ接続するか、あるいは第1の内側コイルと第1の外側コイルの接続先を逆に切り換える第1の切換部と、を備え、受信部は、第1の機能部からのデータに基づいて動作する第2の機能部と、第2の内側コイルと、第2の外側コイルと、第2の内側コイルと第2の外側コイルの間に介在して双方の磁界を分離する第2の磁性体と、を一体構造で有し、第2の内側コイルと第2の外側コイルのいずれか一方が送信部から電磁誘導によって電力を受信して第1の電流を発生し、他方が送信部から電磁誘導によってデータを受信して第2の電流を発生する第2のコイル構造体と、第1の切換部の接続切換え動作に同期して、第1の電流を受電部へ送り、第2の電流を第2の通信部へ送るように、第2の内側コイルと第2の外側コイルのいずれか一方を受電部へ接続し、他方を第2の通信部へ接続させるか、あるいは第2の内側コイルと第2の外側コイルの接続先を逆に切換える第2の切換部と、第1の電流から電力を取り出し、第2の機能部へ供給する受電部と、第2の電流からデータ信号を取り出し、復調してデータを再生し、第2の機能部へ供給する第2のデータ通信部と、を備えたので、電力供給と通信信号の干渉を抑制することができ、一体構造のため小型化・低コスト化を図ることができる。また、非接触で伝送を行なうため、高い信頼性を維持できる。 As described above, according to the first embodiment, the contactless transmission apparatus includes the transmission unit and the reception unit arranged in contact with the transmission unit, and the transmission unit supplies the power and the transmission data. A functional part, a first inner coil, a first outer coil, and a first magnetic body that is interposed between the first inner coil and the first outer coil and separates both magnetic fields. A first coil structure having an integral structure, a power supply unit that receives power output from the first function unit and outputs power to the first coil structure, and data output from the first function unit The first communication unit that modulates the signal and outputs it to the first coil structure, and either the first inner coil or the first outer coil to the power source unit according to the distance between the transmission unit and the reception unit Connect and connect the other to the first communication unit, or connect the first inner coil and the first outer coil A first switching unit for switching, the receiving unit is configured to operate based on data from the first functional unit, a second functional unit, a second inner coil, and a second outer coil; A second magnetic body that is interposed between the second inner coil and the second outer coil and separates both magnetic fields, and has a single structure, and the second inner coil and the second outer coil A second coil structure in which either one receives power from the transmitter by electromagnetic induction to generate a first current, and the other receives data from the transmitter by electromagnetic induction to generate a second current; In synchronism with the connection switching operation of the first switching unit, the second inner coil and the second outer side are sent so that the first current is sent to the power receiving unit and the second current is sent to the second communication unit. Either one of the coils is connected to the power receiving unit and the other is connected to the second communication unit, or the second A second switching unit that reversely switches the connection destination of the inner coil and the second outer coil, a power receiving unit that extracts power from the first current and supplies it to the second functional unit, and a data signal from the second current And a second data communication unit that demodulates and reproduces data and supplies it to the second functional unit, so that interference between the power supply and the communication signal can be suppressed, and the integrated structure Miniaturization and cost reduction can be achieved. Further, since transmission is performed in a non-contact manner, high reliability can be maintained.
実施の形態2.
図7は本発明の実施の形態2における非接触伝送装置の構成例を示すブロック図である。図7において、非接触伝送装置1は図1に示した構成とほぼ同じである。図7と図1で異なる点は、送信部2aと受信部2bのそれぞれに接続されるコイル構造体の数が1つでなく2つであることである。実施の形態1における非接触伝送装置1では、1組のコイル構造体で構成されているため、送信部2aのコイル構造体7はコイル構造体7aのみであり、受信部2bのコイル構造体7はコイル構造体7bのみであった。本発明の実施の形態2における非接触伝送装置1では、コイル構造体7を2つに分けた構成としている。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example of a contactless transmission apparatus according to
即ち、図7に示すように、送信部2aに接続されるコイル構造体7はコイル構造体7aと7cであり、受信部2bに接続されるコイル構造体7はコイル構造体7b、7dである。
送信部2aと受信部2bとの距離Dが0(非接触)〜Xmmの時、送信部2aのコイル構造体7aと受信部2bのコイル構造体7bが動作する。送信部2aと受信部2bとの距離DがXmmの時、送信部2aのコイル構造体7cと受信部2bのコイル構造体7dが動作する。また、コイル構造体7aと7bを動作させるか、コイル構造体7cと7dを動作させるかは、機能部3bによりコイル構造体7bに誘導された電力の電圧を監視し、ある一定の電圧値以下になった場合に、通信部4bを介して切換部6bを動作させて使用するコイル構造体7を7bから7dに自動的に切り替えるとともに、切換え信号を送信側2aへ送信する。機能部3aが切換信号を受信部2bから受信すると、通信部4aを介して切換部6aを動作させて使用するコイル構造体7を7aから7cに自動的に切り替える。
That is, as shown in FIG. 7, the
When the distance D between the
また、送信部2aと受信部2bは非接触で電力伝送およびデータ通信を行なうことが可能なため、送信部2aあるいは受信部2bに搭載される製品は頻繁に着脱されることが考えられる。そのため、搭載機種の仕様・使用状態下において、必ずしもコイル構造体7aと7b、7cと7dが対向するとは限らない。つまり場合によっては、コイル構造体7aと7d、7bと7cが対向で配置される可能性もある。そうした場合でも、図6からも確認できるとおり、コイル間の結合係数が対向間隔によらず全体的に低い。従って、伝送可能な対向距離は短いが、近接状態では問題なく電力伝送・データ通信ともに可能である。
In addition, since the
本発明の実施の形態2における電子機器は以上のように構成したので、コイル構造体7を正しい向きで使用することにより、コイル構造体7同士が絶えずその対向距離を移動するような状況下においても、効率の良い安定した電力伝送が可能である。実施の形態1では、電力伝送用コイルとデータ通信用コイルを切換えて使用するため、それぞれのコイルは電力伝送用とデータ通信用のどちらでも使用可能な組み合わせとしていた。本実施の形態2では、内側コイルと外側コイルをフェライトコアを介在させることで完全に分離しているため、電力伝送に特化したコイルの組み合わせ(巻数など)を選択可能である。従って、距離により最適なコイル構造体を絶えず選択し、個別調整ができるため高効率であり、省エネルギー化を実現できる。
Since the electronic device according to the second embodiment of the present invention is configured as described above, the
実施の形態3.
本発明の実施の形態3について、非接触伝送装置の搭載例を示す。図8は本発明に係る非接触伝送装置の搭載例を示す図であり、図8(a)は、本発明の非接触伝送装置が搭載された誘導加熱調理器の斜視図である。図8(a)に示すように、誘導加熱調理器20の天板21の手前側に操作部22が設けられており、非接触伝送装置1はこの操作部22の制御に用いられる。また、図8(b)は、非接触伝送装置1の一次側のコイル構造体7の取り付け位置を示す平面図であり、天板21を取り除いた状態を示している。図8(b)において、操作部22が取り付けられる領域が点線部23で示されており、誘導加熱調理器20の本体側、即ち天板21の下方に縦横に2個所ずつ合計4個所に操作部22を取り付けられることが分かる。また、図8(b)に示すように操作部22のほぼ両端に送信用の一次側のコイル構造体7a、7b、7c、7dが取り付けられる。なお、図示しないが、一次側の機能部、通信部、電源部は本体内の基板に設けられている。また、図8(c)は図8(b)の点線部23に着脱可能に設置される操作部22の裏面図であり、同図に示すように操作部22の裏面の、一次側のコイル構造体7a、7b、7c、7dに対向する位置に受信用の二次側のコイル構造体7e、7fが取り付けられる。
A mounting example of a non-contact transmission device will be described with respect to the third embodiment of the present invention. FIG. 8 is a diagram showing an example of mounting the non-contact transmission device according to the present invention, and FIG. 8 (a) is a perspective view of an induction heating cooker equipped with the non-contact transmission device of the present invention. As shown in FIG. 8A, the
本発明の実施の形態3における誘導加熱調理器を以上のように構成したので、操作部を容易に取り外したり、取り付けたりすることが可能となり、清掃により天板21を清潔に保つことができる。また、操作部22を縦横4個所のいずれかに移動することで、操作する方向を自在に変更することができるため、アイランド型キッチンにおけるユーザーの使い勝手を向上することができる。
Since the induction heating cooker according to the third embodiment of the present invention is configured as described above, the operation unit can be easily detached or attached, and the
なお、上記の例では対向距離の可能範囲を0〜10mmとしたが、コイルの径などを大きくすることにより10mm〜20mmの範囲でも可能となる場合がある。 In the above example, the possible range of the facing distance is set to 0 to 10 mm. However, by increasing the diameter of the coil, the range of 10 mm to 20 mm may be possible.
本発明における非接触伝送装置の適用例として、家庭用電化機器における入出力装置やFA機器の入出力装置が上げられる。 As an application example of the non-contact transmission device in the present invention, an input / output device in household electrical appliances and an input / output device in FA devices can be mentioned.
1 非接触伝送装置、2a 送信部、2b 受信部、3、3a、3b 機能部、4、4a、4b 通信部、5a 電源部、5b 受電部、6、6a、6b 切換部、7、7a、7b、7c、7d、7e、7f コイル構造体、71、71a、71b フェライトコア、72、72a、72b 内側コイル、73、73a、73b 外側コイル、74 内側コイルの磁束、75 外側コイルの磁束、20 誘導加熱調理器、21 天板、22 操作部、23 点線部、711a、711b 溝部。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記送信部は、
電源とデータを供給する第1の機能部と、
第1の内側コイルと、第1の外側コイルと、前記第1の内側コイルと前記第1の外側コイルの間に介在して双方の磁界を分離する第1の磁性体と、を一体構造で有する第1のコイル構造体と、
第2の内側コイルと、第2の外側コイルと、前記第2の内側コイルと前記第2の外側コイルの間に介在して双方の磁界を分離する第2の磁性体と、を一体構造で有する第2のコイル構造体と、
前記第1の機能部から出力された電力を受けてこの電力を前記第1のコイル構造体と前記第2のコイル構造体に出力する電源部と、
前記第1の機能部から出力された送信データを変調してデータ信号を前記第1のコイル構造体と前記第2のコイル構造体に出力する第1の通信部と、
前記送信部と前記受信部との距離に応じて前記第1の内側コイルと前記第1の外側コイルのいずれか一方を前記電源部へ接続し、他方を前記第1の通信部へ接続するか、あるいは前記第2の内側コイルと前記第2の外側コイルのいずれか一方を前記電源部へ接続し、他方を前記第1の通信部へ接続させる第1の切換部と、を備え、
前記受信部は、
前記第1の機能部からのデータに基づいて動作する第2の機能部と、
第3の内側コイルと、第3の外側コイルと、前記第3の内側コイルと前記第3の外側コイルの間に介在して双方の磁界を分離する第3の磁性体と、を一体構造で有し、前記第3の内側コイルと前記第3の外側コイルのいずれか一方が前記送信部から電磁誘導によって電力を受信して第1の電流を発生し、他方が前記送信部から電磁誘導によってデータ信号を受信して第2の電流を発生する第3のコイル構造体と、
第4の内側コイルと、第4の外側コイルと、前記第4の内側コイルと前記第4の外側コイルの間に介在して双方の磁界を分離する第4の磁性体と、を一体構造で有し、前記第4の内側コイルと前記第4の外側コイルのいずれか一方が前記送信部から電磁誘導によって電力を受信して第3の電流を発生し、他方が前記送信部から電磁誘導によってデータ信号を受信して第4の電流を発生する第4のコイル構造体と、
前記第1の電流または前記第3の電流から電力を取り出し、前記第2の機能部へ供給する受電部と、
前記第2の電流または前記第4の電流からデータ信号を取り出し、復調してデータを再生し、前記第2の機能部へ供給する第2の通信部と、
前記第1の切換部の接続切換え動作に同期して、前記第1の電流を前記受電部へ送り、前記第2の電流を前記第2の通信部へ送るように、前記第3の内側コイルと前記第3の外側コイルのいずれか一方を前記受電部へ接続し、他方を前記第2の通信部へ接続させるか、あるいは前記第3の電流を前記受電部へ送り、前記第4の電流を前記第2の通信部へ送るように、前記第4の内側コイルと前記第4の外側コイルのいずれか一方を前記受電部へ接続し、他方を前記第2の通信部へ接続させる第2の切換部と、を備えたことを特徴とする非接触伝送装置。 A transmission unit, and a reception unit arranged in non-contact with the transmission unit,
The transmitter is
A first functional unit for supplying power and data;
A first inner coil, a first outer coil, and a first magnetic body that is interposed between the first inner coil and the first outer coil and separates both magnetic fields from each other, have an integrated structure. A first coil structure comprising:
A second inner coil, a second outer coil, and a second magnetic body that is interposed between the second inner coil and the second outer coil and separates both magnetic fields, are integrated. A second coil structure having
A power supply unit that receives power output from the first functional unit and outputs the power to the first coil structure and the second coil structure;
A first communication unit that modulates transmission data output from the first functional unit and outputs a data signal to the first coil structure and the second coil structure;
Whether one of the first inner coil and the first outer coil is connected to the power supply unit and the other is connected to the first communication unit according to the distance between the transmission unit and the reception unit Or a first switching unit that connects either the second inner coil or the second outer coil to the power supply unit and connects the other to the first communication unit,
The receiver is
A second functional unit that operates based on data from the first functional unit;
A third inner coil, a third outer coil, and a third magnetic body that is interposed between the third inner coil and the third outer coil and separates both magnetic fields from each other are integrated. One of the third inner coil and the third outer coil receives power from the transmitter by electromagnetic induction to generate a first current, and the other from the transmitter by electromagnetic induction. A third coil structure that receives the data signal and generates a second current;
A fourth inner coil, a fourth outer coil, and a fourth magnetic body that is interposed between the fourth inner coil and the fourth outer coil and separates both magnetic fields from each other. One of the fourth inner coil and the fourth outer coil receives electric power from the transmitter by electromagnetic induction to generate a third current, and the other receives electromagnetic power from the transmitter by electromagnetic induction. A fourth coil structure for receiving a data signal and generating a fourth current;
A power receiving unit that extracts power from the first current or the third current and supplies the power to the second function unit;
A second communication unit that extracts a data signal from the second current or the fourth current, demodulates and reproduces the data, and supplies the data to the second function unit;
Synchronously with the connection switching operation of the first switching unit, the third inner coil is configured to send the first current to the power receiving unit and send the second current to the second communication unit. Or the third outer coil is connected to the power receiving unit and the other is connected to the second communication unit, or the third current is sent to the power receiving unit, and the fourth current is In which one of the fourth inner coil and the fourth outer coil is connected to the power receiving unit and the other is connected to the second communication unit so as to be sent to the second communication unit. A non-contact transmission device.
前記第2の磁性体は円柱状に構成され、前記第2の内側コイルが嵌合する同心円状に形成された第2の溝を有し、その外周部において前記第2の外側コイルと嵌合することを特徴とする請求項1に記載の非接触伝送装置。 The first magnetic body is formed in a columnar shape, has a first groove formed in a concentric shape with which the first inner coil is fitted, and is fitted with the first outer coil at an outer peripheral portion thereof. And
The second magnetic body has a cylindrical shape and has a second groove formed concentrically into which the second inner coil is fitted, and is fitted with the second outer coil at the outer periphery thereof. The contactless transmission apparatus according to claim 1, wherein
前記第1の機能部は、前記第2の機能部からの切換信号に基づいて、前記第1の切換部に切換えを行わせることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の非接触伝送装置。 The second functional unit causes the second switching unit to perform switching when the induced voltage falls below a predetermined value, and transmits a switching signal to the first functional unit,
The non-transitory device according to claim 1, wherein the first functional unit causes the first switching unit to perform switching based on a switching signal from the second functional unit. Contact transmission device.
前記送信部は前記固定部に固定され、前記受信部は前記可動部に取り付けられることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の非接触伝送装置。 A fixed part and a movable part,
The contactless transmission apparatus according to claim 1, wherein the transmission unit is fixed to the fixed unit, and the reception unit is attached to the movable unit.
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