JP5495620B2 - 電力供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、受電装置に電力を供給する電力供給装置に関する。

非接触で電子機器に電力を供給する電力供給装置では、電力供給装置の給電コイルと、電子機器の受電コイルとを正しく合わせることが要求される。電力供給装置の給電コイルと、電子機器の受電コイルとを正しく合わせることができなければ、電力供給装置から電子機器に効率よく電力を供給することができないためである。電力供給装置が有する給電コイルの数が増えれば、電子機器を配置することができる場所も増えるので、ユーザの利便性が向上する。例えば、特許文献１及び２には、複数の給電コイルを有する電力供給装置が開示されている。

特開平１１−１４３６００号公報 特開２００６−１４９１６８号公報

しかしながら、電力供給装置が複数の給電コイルを有する場合は、電子機器がどこに配置されてもよいように、複数のコイルを常に駆動しておく必要があり、消費電力が増大するという問題が生じる。また、電力供給装置が１つの給電コイルを有する場合は、電子機器は予め定められた１つの場所にしか置くことができず、使いにくくなるという問題が生じる。

そこで、本発明は、受電装置に効率的に電力を供給することができる電力供給装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電力供給装置の一つは、電力供給装置であって、受電装置が有するコイルである第３のコイルに電力を供給するための第１のコイルと、前記第３のコイルと前記第１のコイルとは逆方向に巻かれた第２のコイルと、前記第１のコイルに流れる電流を制御するための処理と前記第２のコイルに流れる電流を制御するための処理とを行う制御手段とを有し、前記制御手段は、前記受電装置と前記電力供給装置との間で行われる認証処理が成功した後は、前記第１のコイルと前記第２のコイルとを前記第３のコイルに近づける方向に移動させるために、前記第１のコイルに流れる電流を制御するための処理を行い、前記制御手段は、前記受電装置において行われる電池の充電が終了した後は、前記第１のコイルと前記第２のコイルとを前記第３のコイルから遠ざかる方向に移動させるために、前記第２のコイルに流れる電流を制御するための処理を行うことを特徴とする。
本発明に係る電力供給装置の一つは、電力供給装置であって、受電装置が有するコイルである第３のコイルに電力を供給するための第１のコイルと、前記第３のコイルと前記第１のコイルとは逆方向に巻かれた第２のコイルと、前記第１のコイルに流れる電流を制御するための処理と前記第２のコイルに流れる電流を制御するための処理とを行う制御手段とを有し、前記制御手段は、前記受電装置が前記電力供給装置に置かれた状態であると判定された後は、前記第１のコイルと前記第２のコイルとを前記第３のコイルに近づける方向に移動させるために、前記第１のコイルに流れる電流を制御するための処理を行い、前記制御手段は、前記受電装置において行われる電池の充電が終了した後は、前記第１のコイルと前記第２のコイルとを前記第３のコイルから遠ざかる方向に移動させるために、前記第２のコイルに流れる電流を制御するための処理を行うことを特徴とする。

本発明の電力供給装置によれば、受電装置に効率的に電力を供給することができる。

本発明の実施の形態に係る充電システムの構成の一例を示すブロック図である。 電子機器が電力供給装置に配置されていない状態における給電コイルの位置の一例を示す図である。 電力供給装置が電池を充電している場合における給電コイルの位置の一例を示す図である。 電力供給装置による電池の充電が終了した場合における給電コイルの位置の一例を示す図である。 給電コイルと受電コイルの構成の一例を示す図である。 図１に示す充電システムによって実行される充電処理の手順を示すフローチャートである。 図１に示す第１のスイッチング素子がオンオフ動作を行っている場合に、第１のコイル及び第３のコイルを流れる電流の波形を示す図である。

図１は、本発明の実施の形態に係る充電システムの構成の一例を示すブロック図である。本発明の実施の形態に係る充電システムは、電力供給装置１と、受電装置である電子機器２とを有する。

まず、図１を参照して、電力供給装置１の構成の一例を説明する。

電源１１は、電力供給装置１に電力を供給する。給電コイル１２は、電磁誘導により電力を供給するためのもので、鉄心１３、第１のコイル１４及び第２のコイル１５で構成されている。

第１のスイッチング素子１６は、第１のコイル１４の巻き終わりＢと接地電位間に接続され、第１のコイル１４に流れる電流をオンオフする。第２のスイッチング素子１７は、第２のコイル１５の巻き終わりＣと接地電位間に接続され、第２のコイル１５に流れる電流をオンオフ動作する。

スイッチング素子制御部１８は、第１のスイッチング素子１６及び第２のスイッチング素子１７のオンオフ動作を制御する。受信認証リーダー１９は、電力供給装置１に電子機器２が置かれたことを検出する。

次に、図１を参照して、電子機器２の構成の一例を説明する。

受電コイル２１は、電磁誘導により電力を受電するためのもので、鉄心２２及び第３のコイル２３で構成されている。整流ダイオード２４は、供給された電圧を整流する。電池２５は、電力供給装置１から供給された電力を蓄え、電子機器２に電力を供給する。

電池制御部２６は、電池電圧を電子機器２が必要な電圧に変換する。制御部であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２７は、電子機器２全体を制御する。送信認証タグ２８は、電力供給装置１に電子機器２が置かれたことを検出する。

図２は、電子機器２が電力供給装置１に配置されていない状態における給電コイル１２の位置の一例を示す図である。図３は、電力供給装置１が電池２５を充電している場合における給電コイル１２の位置の一例を示す図である。図４は、電力供給装置１による電池２５の充電が終了した場合における給電コイル１２の位置の一例を示す図である。

説明の便宜上、電力供給装置１と電子機器２のそれぞれが有するコイルを透過させて図示している。

受電コイル２１は、電子機器２の内部で常に固定された状態で保持されている。給電コイル１２は、電力供給装置１の内部で上下方向に移動可能な構成になっており、充電前あるいは充電終了後の給電コイル１２は、受電コイル２１に電力を供給することができない位置に保持されている。

図５は、給電コイル１２と受電コイル２１の構成の一例を示す図である。

給電コイル１２は、鉄心１３に第１のコイル１４及び第２のコイル１５が巻かれて構成されている。そして、第１のコイル１４と第２のコイル１５の巻き始めＡは接続されている。そして、巻き始めＡから、第１のコイル１４の巻き終わりＢ及び第２のコイル１５の巻き終わりＣに電流を流した際、第１のコイル１４により生成される磁界の向きと第２のコイル１５により生成される磁界の向きが異なるように、両コイルは巻かれている。

受電コイル２１は、鉄心２２に第３のコイル２３が巻かれて構成されている。第３のコイル２３の巻き始めＤから第３のコイル２３の巻き終わりＥに電流を流した際に、第３のコイル２３により生成される磁界の向きと、第１のコイル１４により生成される上記磁界の向きが同じになるように第３のコイル２３は巻かれている。

図６は、図１に示す充電システムによって実行される充電処理の手順を示すフローチャートである。

受信認証リーダー１９は、送信認証タグ２８と通信し、所定の認証処理を行う（ステップＳ１）。所定の認証処理に成功すると、受信認証リーダー１９は、電力供給装置１に電子機器２が置かれたことを検出する。そして、受信認証リーダー１９は、スイッチング素子制御部１８に起動信号を送る（ステップＳ２）。

受信認証リーダー１９からの起動信号がスイッチング素子制御部１８に入力された場合、スイッチング素子制御部１８は、第１のスイッチング素子１６のオンオフ動作を開始する（ステップＳ３）。この場合、電池２５は、給電コイル１２と受電コイル２１の電磁的結合により、充電されることになる。

図７は、第１のスイッチング素子１６がオンオフ動作を行っている場合に、第１のコイル１４及び第３のコイル２３を流れる電流の波形を示す図である。

第１のスイッチング素子１６のオンオフ動作が開始されると、第１のスイッチング素子１６のオン期間に、第１のコイル１４には巻き始めＡから巻き終わりＢの向きへ電流が流れる。同時に第３のコイル２３には電磁誘導により、第１のスイッチング素子１６のオフ期間に巻き始めＤから巻き終わりＥの向きへ電流が流れる。

第１のコイル１４及び第３のコイル２３に電流が流れ出すと、鉄心１３の第１のコイル１４の巻き始めＡ側と鉄心２２の第３のコイル２３の巻き終わりＥ側とが異なる極性となるように磁化される。

そのため、図３に示したように、給電コイル１２は電力供給装置１の内部で受電コイル２１に引き付けられて上方向に移動する。この給電コイル１２の位置は、受電コイル２１を十分に電力を供給することが可能な程度に受電コイル２１に対して接近した位置である。

スイッチング素子制御部１８は、起動中、第１のコイル１４の巻き終わりＢの電圧を検出する。第１のコイル１４の巻き終わりＢの電圧が所定の電圧に達した場合、スイッチング素子制御部１８は、電池２５の充電が完了したと判断し（ステップＳ４）、第１のスイッチング素子１６のオンオフ動作を停止する（ステップＳ５）。

第１のスイッチング素子１６のオンオフ動作を停止後、スイッチング素子制御部１８は、第２のスイッチング素子１７のオンオフ動作を開始する（ステップＳ６）。

第２のスイッチング素子１７のオンオフ動作が開始されると、第２のスイッチング素子１７のオン期間に、第２のコイル１５には巻き始めＡから巻き終わりＣの向きへ電流が流れる。

同時に、第３のコイル２３には、電磁誘導により、第２のスイッチング素子１７のオフ期間に巻き始めＤから巻き終わりＥの向きへ電流が流れる。

第２のコイル１５及び第３のコイル２３に電流が流れ出すと、鉄心１３の第２のコイル１５の巻き始めＡ側と鉄心２２の第３のコイル２３の巻き終わりＥ側とが同じ極性となるように磁化される。

そのため、図４に示したように、給電コイル１２は、電力供給装置１の内部で受電コイル２１に反発されて下方向に移動する。このとき、給電コイル１２は、受電コイル２１に電力を供給することができない位置まで移動する。

給電コイル１２が受電コイル２１に電力を供給することができない位置まで移動した後、スイッチング素子制御部１８は、第２のスイッチング素子１７のオンオフ動作を停止する（ステップＳ７）。そして、本処理を終了する。

本実施の形態において、受信認証リーダー１９は、電子機器２が配置されたことを検出する受電装置検出手段として機能する。

また、本実施の形態において、給電コイル１２は、受電コイル２１との間の電磁的吸引力、あるいは電磁的反発力により自ら移動することができる。

また、本実施の形態において、スイッチング素子制御部１８は、電子機器２の受電電圧を検出する受電電圧検出手段として機能する。

スイッチング素子制御部１８により電子機器２の受電電圧が所定の電圧未満と判断された場合、給電コイル１２は、所定の電圧まで電子機器２に電力を供給する。また、電子機器２の受電電圧が所定の電圧以上と判断された場合、電力供給装置１は、給電コイル１２を電子機器２に電力供給することができない位置に移動させる。

また、送信認証タグ２８は、電力供給装置１に電子機器２が配置されたことを検出し、電力供給装置１にその旨送信する送信手段として機能する。

本実施の形態においては、電力供給装置１を正位置として置いた状態で側面から見たときに、給電コイル１２を下方向に移動させることにより、受電コイル２１に電力を供給できないようにした。しかしながら、給電コイル１２を、前方向、後方向、左方向及び右方向の少なくとも一方に移動させることで、受電コイル２１に電力を供給できないようにしてもよい。

また、本実施の形態では、給電コイル１２の位置を電力供給装置１の外部から確認できるようにしてもよい。この場合、ユーザは、給電コイル１２の位置によって、給電コイル１２が電力供給状態であるか否かを視覚的に判断することができる。給電コイル１２の位置を電力供給装置１の外部から確認できないようにする場合は、給電コイル１２が電力供給状態であるか否かを表示部（図示せず）に表示することもできる。

よって、本実施の形態の充電システムによれば、ユーザが電子機器２を受信認証リーダー１９が検出可能な範囲に置けば、給電コイル１２が、電池２５を充電することが可能な位置に移動し、電池２５を効率的に充電することができる。

１ 電力供給装置
２ 電子機器
１１ 電源
１２ 給電コイル
２１ 受電コイル
２３ 第３のコイル
２５ 電池
２７ ＣＰＵ

Claims (12)

1. 電力供給装置であって、
   受電装置が有するコイルである第３のコイルに電力を供給するための第１のコイルと、
   前記第３のコイルと前記第１のコイルとは逆方向に巻かれた第２のコイルと、
   前記第１のコイルに流れる電流を制御するための処理と前記第２のコイルに流れる電流を制御するための処理とを行う制御手段と
   を有し、
   前記制御手段は、前記受電装置と前記電力供給装置との間で行われる認証処理が成功した後は、前記第１のコイルと前記第２のコイルとを前記第３のコイルに近づける方向に移動させるために、前記第１のコイルに流れる電流を制御するための処理を行い、
   前記制御手段は、前記受電装置において行われる電池の充電が終了した後は、前記第１のコイルと前記第２のコイルとを前記第３のコイルから遠ざかる方向に移動させるために、前記第２のコイルに流れる電流を制御するための処理を行う
   ことを特徴とする電力供給装置。
2. 前記受電装置と前記電力供給装置との間で行われる認証処理が成功した場合に、前記受電装置が前記電力供給装置に置かれた状態であると判定する判定手段を有することを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
3. 前記第１のコイルと前記第２のコイルとは、前記電力供給装置の筐体内を移動するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の電力供給装置。
4. 前記第１のコイルに流れる電流を制御するための第１のスイッチング手段と、
   前記第２のコイルに流れる電流を制御するための第２のスイッチング手段と
   を有し、
   前記制御手段が前記第１のコイルに流れる電流を制御するための処理を行う場合、前記第１のスイッチング手段は、前記制御手段によって制御され、
   前記制御手段が前記第２のコイルに流れる電流を制御するための処理を行う場合、前記第２のスイッチング手段は、前記制御手段によって制御される
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電力供給装置。
5. 前記第１のコイル及び前記第２のコイルの位置を前記電力供給装置の外部から確認できるように構成したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電力供給装置。
6. 前記第１のコイルが電力供給状態であることを通知するための通知手段を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電力供給装置。
7. 電力供給装置であって、
   受電装置が有するコイルである第３のコイルに電力を供給するための第１のコイルと、
   前記第３のコイルと前記第１のコイルとは逆方向に巻かれた第２のコイルと、
   前記第１のコイルに流れる電流を制御するための処理と前記第２のコイルに流れる電流を制御するための処理とを行う制御手段と
   を有し、
   前記制御手段は、前記受電装置が前記電力供給装置に置かれた状態であると判定された後は、前記第１のコイルと前記第２のコイルとを前記第３のコイルに近づける方向に移動させるために、前記第１のコイルに流れる電流を制御するための処理を行い、
   前記制御手段は、前記受電装置において行われる電池の充電が終了した後は、前記第１のコイルと前記第２のコイルとを前記第３のコイルから遠ざかる方向に移動させるために、前記第２のコイルに流れる電流を制御するための処理を行う
   ことを特徴とする電力供給装置。
8. 前記受電装置と前記電力供給装置との間で行われる認証処理が成功した場合に、前記受電装置が前記電力供給装置に置かれた状態であると判定する判定手段を有することを特徴とする請求項７に記載の電力供給装置。
9. 前記第１のコイルと前記第２のコイルとは、前記電力供給装置の筐体内を移動するものであることを特徴とする請求項７または８に記載の電力供給装置。
10. 前記第１のコイルに流れる電流を制御するための第１のスイッチング手段と、
    前記第２のコイルに流れる電流を制御するための第２のスイッチング手段と
    を有し、
    前記制御手段が前記第１のコイルに流れる電流を制御するための処理を行う場合、前記第１のスイッチング手段は、前記制御手段によって制御され、
    前記制御手段が前記第２のコイルに流れる電流を制御するための処理を行う場合、前記第２のスイッチング手段は、前記制御手段によって制御される
    ことを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の電力供給装置。
11. 前記第１のコイル及び前記第２のコイルの位置を前記電力供給装置の外部から確認できるように構成したことを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載の電力供給装置。
12. 前記第１のコイルが電力供給状態であることを通知するための通知手段を有することを特徴とする請求項７から１１のいずれか１項に記載の電力供給装置。