JP5500269B2 - ワイヤレス電力伝送システム、送電装置および受電装置 - Google Patents
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Description
本発明は、送電装置から送電装置に載置した受電装置へ電力を伝送するワイヤレス電力伝送システム、送電装置および受電装置に関する。
代表的なワイヤレス電力伝送システムとして、送電装置の一次コイルから受電装置の二次コイルへ磁界を利用して電力を伝送する磁界結合方式の電力伝送システムが知られている。このシステムでは、磁界結合で電力を伝送する場合、各コイルを通る磁束の大きさが起電力に大きく影響するため、一次コイルと二次コイルとの相対位置関係に高い精度が要求される。また、コイルを利用するため、装置の小型化が難しい。
一方、特許文献1に開示されているような電界結合方式のワイヤレス電力伝送システムも知られている。このシステムでは、送電装置の結合電極から受電装置の結合電極に電界を介して電力が伝送される。この方式は、結合電極の要求される相対位置精度が比較的緩く、また、結合電極の小型化および薄型化が可能である。
図1は特許文献1に記載の電力伝送システムの基本構成を示す図である。この電力伝送システムは送電装置と受電装置とで構成されている。送電装置には、高周波高電圧発生回路1、パッシブ電極2およびアクティブ電極3を備えている。受電装置には、高周波高電圧負荷回路5、パッシブ電極7およびアクティブ電極6を備えている。そして、送電装置のアクティブ電極3と受電装置のアクティブ電極6とが空隙4を介して近接することにより、この二つの電極同士が電界結合して電極間に強い電場を形成することで、高い伝送効率の電力伝送を可能としている。
この受電装置の一例として、携帯電話機やPDA(Personal DigitalAssistant)などの電子機器等が挙げられるが、近年、これら電子機器等には、操作性のよい静電容量式入力部(タッチパネル)が用いられることが多くなっている。この場合、受電装置は、送電装置に載置して、充電しながらタッチパネルが操作される状況もあり得るが、上述のように、送電装置および受電装置のアクティブ電極に形成される電場に起因して、電位が変動しタッチパネルが誤動作するおそれがある。
そこで、本発明の目的は、送電装置から受電装置への電力伝送時における送電装置および受電装置の電位を安定させ、受電装置の誤作動を引き起こさないワイヤレス電力伝送システム、送電装置および受電装置を提供することにある。
そこで、本発明の目的は、送電装置から受電装置への電力伝送時における送電装置および受電装置の電位を安定させ、受電装置の誤作動を引き起こさないワイヤレス電力伝送システム、送電装置および受電装置を提供することにある。
本発明に係るワイヤレス電力伝送システムは、送電側電極と、前記送電側電極に電圧を印加する電圧発生回路とを備える送電装置と、前記送電側電極に対し容量結合する受電側電極、前記受電側電極に発生する電圧を降圧する降圧回路、および前記降圧回路の出力電圧を電源電圧として入力する負荷回路を有する受電装置と、を備えるワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記送電装置または前記受電装置は、前記送電側電極および前記受電側電極をアースに対して静電遮蔽する静電遮蔽部を備えることを特徴とする。
この構成では、電極がアースに対して静電遮蔽されている。電力伝送時に、送電装置および受電装置のグランド電位が、アース電位から変動することがある。その影響により、グランド電位を基準に動作する、例えばタッチパネルなどが操作不能となったり、ディスプレイの表示が乱れたりするおそれがある。このため、容量結合する電極を静電遮蔽しない場合、電極およびアース間には浮遊容量が形成されるが、グランド電位を変動させないためには、電極およびアース間の浮遊容量を小さくする必要がある。そこで、容量結合する電極をアースに対し静電遮蔽することで、電極およびアース間に大きい浮遊容量が形成されることを抑制できる。この結果、電力伝送中に受電装置が誤動作しないようにできる。
本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記送電側電極は送電側アクティブ電極および、前記送電側アクティブ電極より低電位となる送電側パッシブ電極を有し、前記受電側電極は受電側アクティブ電極および、前記受電側アクティブ電極より低電位となる受電側パッシブ電極を有し、前記送電側アクティブ電極および前記受電側アクティブ電極は、間隙を介して対向して容量結合し、前記送電側パッシブ電極および前記受電側パッシブ電極は、間隙を介して対向または接触する構成でもよい。
この構成では、高電圧部となるアクティブ電極をアースに対して静電遮蔽することで、送電装置および受電装置のグランド電位をより安定させることができ、送電装置または受電装置の誤作動をさらに防止できる。
本発明に係るワイヤレス電力伝送システムは、前記送電側電極は送電側第1電極および送電側第2電極を有し、前記受電側電極は、前記送電側第1電極に対向する受電側第1電極、および前記送電側第2電極に対向する受電側第2電極を有し、前記電圧発生回路は、前記送電側第1電極および前記送電側第2電極に互いに逆位相となる電圧を印加し、前記降圧回路は、前記受電側第1電極および受電側第2電極からの出力電圧を降圧する構成でもよい。
この構成では、高電圧となる4つの電極をアースに対して静電遮蔽することができる。
本発明に係るワイヤレス電力伝送システムは、前記静電遮蔽部は前記電圧発生回路を前記アースに対して静電遮蔽する構成が好ましい。
この構成では、電圧発生回路の電圧変動によるグランド電位の変動を抑制でき、送電装置または受電装置の誤作動をさらに防止できる。
本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記静電遮蔽部は前記降圧回路を前記アースに対して静電遮蔽する構成が好ましい。
この構成では、降圧回路の電圧変動によるグランド電位の変動を抑制でき、送電装置または受電装置の誤作動をさらに防止できる。
本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記受電装置は、前記受電側パッシブ電極の電位を基準電位とする静電容量式入力部を有する構成でもよい。
この構成では、受電装置の静電容量式入力部に触れることで人体を介してアース接続された(微小電流が流れた)ことを検出することにより入力操作されたことを検出する。このため、電力伝送時における送電装置および受電装置のグランド電位を安定化させることで、電力伝送時に静電容量式入力部(タッチパネル)が操作された場合であっても、静電容量式入力部に触れたことによるアース接続を確実に検出できるため、タッチパネル操作時の受電装置の誤作動を低減できる。
本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記静電遮蔽部は前記送電側パッシブ電極または前記受電側パッシブ電極である構成でもよい。
この構成では、部品点数の削減が可能となる。
本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記受電装置は、前記静電容量式入力部が設けられる前面、前記前面と平行な背面、並びに、前記前面および前記背面に隣接する底面を有し、前記受電側アクティブ電極は前記底面に沿って設けられ、前記受電側パッシブ電極は前記背面に沿って設けられ、前記送電装置は、前記受電装置の底面が面接触する載置面、前記受電装置の背面が面接触する背もたれ面、および前記載置面を挟んで前記背もたれ面と対向する前面を有し、前記送電側アクティブ電極は前記載置面に沿って設けられ、前記送電側パッシブ電極は、前記背もたれ面および前記前面に沿って設けられ、かつ、前記送電側アクティブ電極を挟んで載置面とは反対側に設けられた構成でもよい。
この構成では、送電側および受電側アクティブ電極を送電側パッシブ電極により静電遮蔽することができる。
本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記受電装置は、前記静電容量式入力部が設けられる前面、前記前面と平行な背面、並びに、前記前面および前記背面に隣接する底面を有し、前記受電側アクティブ電極は前記背面に沿って設けられ、前記受電側パッシブ電極は、前記底面に沿って設けられた底面側パッシブ電極、および、前記受電側アクティブ電極を挟んで前記背面に対向する背面側パッシブ電極を有し、前記送電装置は、前記受電装置の底面が面接触する載置面、および前記受電装置の背面が面接触する背もたれ面を有し、前記送電側アクティブ電極は前記背もたれ面に沿って設けられ、前記送電側パッシブ電極は、前記載置面に沿って設けられた載置面側パッシブ電極、および前記送電側アクティブ電極を挟んで前記背もたれ面に対向する背もたれ面側パッシブ電極を有する構成でもよい。
この構成では、送電側および受電側アクティブ電極を送電側パッシブ電極により静電遮蔽することができる。
本発明に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、前記受電装置は、前記静電容量式入力部が設けられる前面、前記前面と平行な背面、並びに、前記前面および前記背面に隣接する底面を有し、前記受電側アクティブ電極の前記受電側第1電極および前記受電側第2電極は前記底面または前記背面に沿って設けられ、前記送電装置は、前記受電装置の底面が面接触する載置面、および前記受電装置の背面が面接触する背もたれ面を有し、前記送電側アクティブ電極の前記送電側第1電極および前記送電側第2電極は、前記載置面または前記背もたれ面に沿って設けられている構成でもよい。
この構成では、送電側および受電側アクティブ電極を送電側パッシブ電極により静電遮蔽することができる。
本発明によれば、静電遮蔽部により容量結合する電極をアースに対して静電遮蔽することで、電力伝送時に、送電装置および受電装置のグランド電位が、アース電位から変動する影響によるタッチパネルなどの誤動作を防ぐことができる。
以下、本発明に係るワイヤレス電力伝送システムの好適な実施形態について図面を参照して説明する。本発明に係るワイヤレス電力伝送システムは、送電装置と受電装置とで構成されている。受電装置は二次電池を備えた、例えば携帯電子機器である。携帯電子機器としては携帯電話機、PDA(Personal Digital Assistant)、携帯音楽プレーヤ、ノート型PC(PersonalComputer)、デジタルカメラなどが挙げられる。送電装置は受電装置が載置され、この受電装置の二次電池を充電するための充電台である。
(実施形態1)
図2は、実施形態1に係るワイヤレス電力伝送システムの送電装置と受電装置との透視斜視図である。
図2は、実施形態1に係るワイヤレス電力伝送システムの送電装置と受電装置との透視斜視図である。
受電装置201は、内部に二次電池(図示せず)を有する略直方体状の筐体20を備えている。筐体20において、面積の最も広い二つの対向面の一方を前面、他方を背面とする。筐体20には、前面に沿って静電容量式入力部(以下、タッチパネルという。)23が設けられている。タッチパネル23は、受電装置201の入力手段である。すなわち、タッチパネル23は、表示機能と位置入力機能とを組み合わせ、画面上の表示を押すことで受電装置201を操作する入力手段である。
筐体20には、背面の長手方向(以下、受電装置201の高さ方向という。)に沿って、矩形状のアクティブ電極21およびパッシブ電極22が設けられている。受電装置201を送電装置101に載置した場合に、アクティブ電極21は、送電装置101に設けられた後述のアクティブ電極11と間隙を介して対向し、パッシブ電極22は、送電装置101に設けられたパッシブ電極12と間隙を介して対向するようになっている。なお、パッシブ電極22は、送電装置101側のパッシブ電極12と直接導通するように一部または全部が露出されていてもよい。
送電装置101は、側面視がL形状の筐体10を備えている。筐体10は、設置面(アース)に対して略水平となる載置面10Aと、載置面10Aに対して略垂直となり、互いに平行に対向する背もたれ面10Bとを有している。載置面10Aおよび背もたれ面10Bはそれぞれ矩形状である。送電装置101には、受電装置201の底面が載置面10A側となり、受電装置201の背面が背もたれ面10B側となるように、受電装置201が載置される。
筐体10には、背もたれ面10Bの長手方向(以下、受電装置201の高さ方向という。)に沿って、矩形状のアクティブ電極11およびパッシブ電極12が設けられている。送電装置101に受電装置201が載置された場合、アクティブ電極11,21が間隙を介して対向し、パッシブ電極12,22が間隙を介して対向するようになっている。
送電装置101は、載置面10Aに沿って設けられた静電遮蔽電極13を備えている。静電遮蔽電極13は、送電装置101の基準電位である接地電位(グランド電位)に接続されている。静電遮蔽電極13は長方形状であって、電力伝送時に対向するアクティブ電極11,21およびパッシブ電極12,22のそれぞれが、送電装置101の高さ方向における上側に位置するよう設けられている。換言すれば、静電遮蔽電極13は、対向するアクティブ電極11,21およびパッシブ電極12,22とアース(大地、床、机等)との間に介在している。
本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、電力伝送時には、送電装置101に受電装置201を載置し、パッシブ電極12,22を対向させ、アクティブ電極11,21を対向させる。そして、電圧発生回路(不図示)により電圧を印加することで、対向配置となったアクティブ電極11,21間に電界を生じさせ、この電界を介して送電装置101から受電装置201へ電力伝送する。これにより、受電装置201の二次電池が充電される。
後に詳述するが、本実施形態では、電力伝送動作中に、受電装置201のタッチパネル23の操作が可能となっているが、電力伝送時に電力伝送ラインの電位が大きく変動すると、タッチパネル23が誤作動を起こすおそれがある。このため、静電遮蔽電極13により高圧部分となるアクティブ電極11,21をアース(大地、床、机等)に対して静電遮蔽することで、タッチパネル23の誤作動を防止することができる。
以下、ワイヤレス電力伝送システムの回路構成、および、電力伝送動作中の受電装置201を操作することで引き起こされる受電装置201の誤作動の原因について詳細に説明する。
図3は、受電装置201を送電装置101に載置した場合のワイヤレス電力伝送システムの等価回路の概略図である。
送電装置101は、ACアダプタ16および電圧発生回路17を備えている。ACアダプタ16は、100Vの交流電圧を整流して、5V,12Vなどの直流電圧に変換して電圧発生回路17へ出力する。電圧発生回路17は、インバータ18、昇圧トランスTGおよびインダクタLGにより構成され、ACアダプタ16から入力された電圧を交流変換および昇圧して、アクティブ電極11およびパッシブ電極12の間に印加する。印加される電圧の周波数は100kHz乃至10MHzである。
受電装置201のアクティブ電極21とパッシブ電極22との間には、降圧トランスTLおよびインダクタLLによる降圧回路25が接続されている。降圧トランスTLの二次側には負荷回路RLおよびタッチパネル23が接続されている。この負荷回路RLは、図示しない整流平滑回路および二次電池で構成されている。タッチパネル23は、負荷回路RLの二次電池を駆動電源としている。
図4は受電装置201の概略回路図である。降圧トランスTLの1次側は、パッシブ電極22とアクティブ電極21との間に接続されている。この降圧トランスTLの2次側に負荷回路RLが接続されている。なお、図4ではタッチパネル23を省略している。
図3に戻り、受電装置201を送電装置101に載置した場合、アクティブ電極11およびアクティブ電極21が間隙を介して近接し、容量Caを構成する。また、パッシブ電極12およびパッシブ電極22も、間隙を介して近接してキャパシタCpを構成する。
図5は、図3の等価回路を簡略化した図である。タッチパネル23は静電容量検知方式であり、タッチパネル23を触れることによって、人体とタッチパネル23との間に静電容量(キャパシタCt)が形成され、タッチパネル23は、人体を介してアース接続された状態となる。そのキャパシタCtを介して微弱電流が流れ、電流の変化分を検出器23Aで検出することで、タッチパネル23上の入力位置が検出される。
アクティブ電極11,21の高圧部分が静電遮蔽電極13により静電遮蔽されていない場合、送電装置101および受電装置201はアース300と隔離しているため、図5の点線で示すように、アクティブ電極11とアース300との間には浮遊容量Ca1が構成され、パッシブ電極12とアース300との間には浮遊容量Cp1が構成される。この浮遊容量Ca1および浮遊容量Cp1により、電圧発生回路17からの出力電圧が分圧される。具体的に、電圧発生回路17の出力電圧Vo、浮遊容量Cp1の電圧Vnとすると、電圧Vnは、Vo*Ca1/(Ca1+Cp1)となる。
簡単のためCpの容量が充分に大きいものとすると、タッチパネル23は受電装置201のグランド電位(すなわち電圧Vn)を基準電位として動作するため、基準電位(電圧Vn)が変動すると、タッチパネル23が正常に動作しなくなる。このため、タッチパネル23の基準電位(電圧Vn)の変動を極力低減する必要がある。そこで、浮遊容量Ca1を極力小さく(浮遊容量Cp1より小さく)すれば、電圧Vnもそれに伴い低減でき、電力伝送時における送電装置101および受電装置201のグランド電位(電圧Vn)を安定させることができる。
このため、本実施形態では、図2および図3で説明したように、アクティブ電極11等の高圧部分を静電遮蔽電極13によりアース300に対して静電遮蔽した構成としてある。これにより、図5で示す浮遊容量Ca1を浮遊容量Cp1よりも小さくすることができ、浮遊容量Ca1,Cp1による分圧の電圧Vnを抑制することができる。この結果、アースに対するグランド電位の変動を抑制できる。これにより、電力伝送動作中に受電装置201のタッチパネル23に触れても、タッチパネル23は誤作動を起こさなくなる。
なお、本実施形態では、静電遮蔽電極13には送電装置101の基準電位が接続された構成としているが、静電遮蔽電極13に受電装置201の基準電位が接続された構成としてもよい。
図6は、受電装置201の基準電位が静電遮蔽電極13を備える場合のワイヤレス電力伝送システムの等価回路の概略図である。この場合、例えば静電遮蔽電極13は送電装置101に設けておき、受電装置201を送電装置101に載置したときに、静電遮蔽電極13が受電装置201の基準電位に接続される構成とする。タッチパネル23は、この基準電位を基準として動作する。この場合であっても、図5で示す浮遊容量Ca1を浮遊容量Cp1よりも小さくすることができ、浮遊容量Ca1,Cp1による分圧電圧Vnを抑制することができるため、アースに対するグランド電位の変動を抑制できる。その結果、受電装置201の電力伝送動作中にタッチパネル23に触れたときの、受電装置201の誤作動を防止できる。
また、本実施形態では、送電装置101および受電装置201のパッシブ電極12,22が間隙を介して対向する場合について説明したが、パッシブ電極12,22が直接導通する構成であってもよい。例えば、図2において、筐体10,20からパッシブ電極12,22の一部を露出させて、パッシブ電極12,22を直接導通させる構成であってもよい。
図7は、パッシブ電極同士を直接導通させるワイヤレス電力伝送システムの簡略回路図である。アクティブ電極11とパッシブ電極12との間には高周波高電圧発生回路OSCが接続されている。アクティブ電極21とパッシブ電極22との間には降圧回路25が接続されていて、降圧回路25には負荷回路RLが接続されている。なお、パッシブ電極12,22は図2で説明した平板状である必要はなく、直接導通できる電極であればよい。
高周波高電圧発生回路OSCは送電装置側アクティブ電極11と送電装置側パッシブ電極12との間に高周波の高電圧を印加する。降圧回路25は受電装置側アクティブ電極21と受電装置側パッシブ電極22との間に生じる電圧を降圧する。負荷回路RLは、降圧回路25の出力電圧を電源電圧として入力する。この負荷回路RLは、降圧回路25の出力を整流平滑する整流平滑回路およびこの整流平滑回路の出力で充電される二次電池を備えている。受電装置側パッシブ電極22は送電装置側パッシブ電極12に接して直流的に導通する。
この構成によれば、昇圧された高電圧で電力伝送を行うため、送電装置側パッシブ電極12に流れる電流は例えば数mAオーダーでよい。接点電極の接触によって二次電池を充電する従来の接触式充電装置では、数Aオーダーの充電電流がそのまま流れるため、接触抵抗による損失が大きい。これに対して本発明によれば、送電装置側パッシブ電極の接触抵抗の影響が非常に小さいので接触抵抗を低く抑える必要がない。そのため、導電性ゴムなどの各種接触手段が適用できる。
図8は、図7に示すワイヤレス電力伝送システムの等価回路図である。送電装置101の高周波高電圧発生回路OSCは例えば100kHz〜数10MHzの高周波電圧を発生する。昇圧トランスTGおよびインダクタLGによる昇圧回路19は、高周波高電圧発生回路OSCの発生する電圧を昇圧してアクティブ電極11とパッシブ電極12との間に印加する。受電装置側アクティブ電極21と受電装置側パッシブ電極22との間には、降圧トランスTLおよびインダクタLLによる降圧回路25が接続されている。降圧トランスTLの二次側には負荷回路RLが接続されている。この負荷回路RLは、整流平滑回路と二次電池とで構成されている。
送電装置側パッシブ電極12と受電装置側パッシブ電極22との間に接続されている抵抗rは送電装置側パッシブ電極12と受電装置側パッシブ電極22との接触部に構成される接触抵抗に相当する。送電装置側アクティブ電極11と受電装置側アクティブ電極21との間に容量Caが生じている。
接触抵抗rおよび容量結合部の容量Caは、r<<1/ωCaの関係にある。このように、送電装置101と受電装置201のパッシブ電極同士が直接導通することにより、受電装置側パッシブ電極12の電位が送電装置側パッシブ電極22の電位にほぼ等しくなる。その結果、受電装置側パッシブ電極22の電位が安定化し、グランド電位変動および不要電磁界の漏洩が抑制される。また、浮遊容量が抑えられるので、結合度が高まり、高い伝送効率が得られる。
(実施形態2)
次に、実施形態2に係るワイヤレス電力伝送システムについて説明する。本実施形態では、送電装置101および受電装置201におけるアクティブ電極およびパッシブ電極の配置が実施形態1と相違する。送電装置101および受電装置201の回路構成は、実施形態1と同様であり、説明は省略する。
次に、実施形態2に係るワイヤレス電力伝送システムについて説明する。本実施形態では、送電装置101および受電装置201におけるアクティブ電極およびパッシブ電極の配置が実施形態1と相違する。送電装置101および受電装置201の回路構成は、実施形態1と同様であり、説明は省略する。
図9は、実施形態2に係るワイヤレス電力伝送システムの送電装置と受電装置の側面図である。本実施形態に係る送電装置101および受電装置201が備える部材等は実施形態1と同じである。
送電装置101のアクティブ電極11は、載置面10Aに沿って設けられている。また、パッシブ電極12は、載置面10Aとの間に、アクティブ電極11が介在するように、載置面10Aに平行に設けられている。さらに、静電遮蔽電極13は、アクティブ電極11およびパッシブ電極12とアース300との間に介在するよう設けられている。
受電装置201のアクティブ電極21は、底面に沿って設けられている。また、パッシブ電極22は、底面との間にアクティブ電極21が介在するよう、底面に平行に設けられている。
この構成の場合も実施形態1と同様に、電力伝送時には、アクティブ電極11,21、パッシブ電極12、22それぞれは、間隙を介して対向して電界結合する。これにより、送電装置101から受電装置201へ電力伝送される。そして、高電圧部となるアクティブ電極11,21とアース300との間に静電遮蔽電極13が介在しているため、高圧部分をアース(大地、床、机等)に対して静電遮蔽することができる。この結果、電力伝送動作中に、タッチパネル23が操作された場合であっても、タッチパネル23の操作の有無を確実に検出でき、タッチパネル23の誤作動を抑制できる。
(実施形態3)
次に、実施形態3に係るワイヤレス電力伝送システムについて説明する。本実施形態では、送電装置101および受電装置201におけるアクティブ電極およびパッシブ電極の配置が実施形態1と相違する。
次に、実施形態3に係るワイヤレス電力伝送システムについて説明する。本実施形態では、送電装置101および受電装置201におけるアクティブ電極およびパッシブ電極の配置が実施形態1と相違する。
図10は、実施形態3に係るワイヤレス電力伝送システムを示す図である。本実施形態に係る送電装置101および受電装置201が備える部材等は実施形態1と同じである。送電装置101の筐体10は、実施形態1,2と相違する。
送電装置101の筐体10は、載置面10Aに対して略垂直となり、背もたれ面10Bと平行に対向する前面10Cを有している。載置面10A、背もたれ面10Bおよび前面10Cは、それぞれ長方形状である。載置面10Aの長辺と背もたれ面10Bの短辺とが一致し、また、載置面10Aの長辺と前面10Cの長辺とが一致している。前面10Cは、受電装置201が載置された場合に、筐体20の前面に設けられたタッチパネル23と重ならない大きさとなっている。
送電装置101のアクティブ電極11は、背もたれ面10Bに沿って設けられている。また、パッシブ電極12は、背もたれ面10Bとの間に、アクティブ電極11が介在するように、背もたれ面10Bに平行に設けられている。さらに、静電遮蔽電極13は、受電装置201が載置面10Aに載置された場合に、対向するアクティブ電極11,21およびパッシブ電極12,22を囲うよう、載置面10A、背もたれ面10Bおよび前面10Cのそれぞれに沿って設けられている。なお、送電装置101は、載置面10A、背もたれ面10Bおよび前面10Cのそれぞれに沿った面を一体とした静電遮蔽電極13を備えているが、各面ごとに独立して形成された静電遮蔽電極を備えていてもよい。
受電装置201のアクティブ電極21は、背面に沿って設けられている。また、パッシブ電極22は、背面との間にアクティブ電極21が介在するよう、背面に平行に設けられている。
この構成の場合も実施形態1,2と同様に、電力伝送時には、アクティブ電極11,21、パッシブ電極12,22それぞれは、間隙を介して対向して電界結合する。これにより、送電装置101から受電装置201へ電力伝送される。そして、高電圧部となるアクティブ電極11,21とアース300との間に静電遮蔽電極13が介在しているため、高圧部分をアース(大地、床、机等)に対して静電遮蔽することができる。この結果、電力伝送動作中に、タッチパネル23が操作された場合であっても、タッチパネル23の操作の有無を確実に検出でき、受電装置201の誤作動を抑制できる。
(実施形態4)
以下に、本発明の実施形態4について説明する。実施形態1〜3では、アースに対して静電遮蔽する静電遮蔽電極を独立した部材として設けているが、実施形態4では、パッシブ電極を静電遮蔽電極として用いている。
以下に、本発明の実施形態4について説明する。実施形態1〜3では、アースに対して静電遮蔽する静電遮蔽電極を独立した部材として設けているが、実施形態4では、パッシブ電極を静電遮蔽電極として用いている。
図11は送電装置と受電装置との透視斜視図である。図12は送電装置と受電装置の側面図である。なお、本実施形態に係る送電装置101の筐体10は、実施形態3と同様の形状を有している。
受電装置201の筐体20には、背面に沿ってパッシブ電極22が設けられている。パッシブ電極22は、長方形状であって、長手方向が受電装置201の高さ方向と一致するように設けられている。パッシブ電極22は、受電装置201を送電装置101に載置した場合に、送電装置101に設けられた後述のパッシブ電極121と間隙を介して対向するようになっている。なお、パッシブ電極22は、送電装置101側のパッシブ電極121と直接導通するように一部または全部が露出されていてもよい。
受電装置201の筐体20には、底面に沿ってアクティブ電極21が設けられている。筐体20の底面は、長方形状で、その長辺が前面および背面の短辺と一致する面である。アクティブ電極21は、長方形状であって、長手方向が筐体20の底面の長手方向(以下、受電装置201の幅方向という。)と一致するように設けられている。アクティブ電極21は、受電装置201を送電装置101に配置した場合に、送電装置101に設けられた後述のアクティブ電極11と間隙を介して対向するようになっている。
送電装置101の筐体10は、実施形態3と同様に、載置面10A、背もたれ面10Bおよび前面10Cを有している。載置面10A、背もたれ面10Bおよび前面10Cは、それぞれ長方形状である。載置面10Aの長辺と背もたれ面10Bの短辺とが一致し、また、載置面10Aの長辺と前面10Cの長辺とが一致している。
送電装置101には、受電装置201の底面が載置面10A側となり、受電装置201の背面が背もたれ面10B側となるように、受電装置201が載置される。前面10Cは、受電装置201が載置された場合に、筐体20の前面に設けられたタッチパネル23と重ならない大きさとなっている。
送電装置101は、載置面10Aに沿って設けられたアクティブ電極11を備えている。アクティブ電極11は、長方形状であって、長手方向が載置面10Aの長手方向(以下、送電装置101の幅方向という。)と一致するよう設けられている。送電装置101に受電装置201が載置された場合、送電装置101側のアクティブ電極11と、受電装置201側のアクティブ電極21とが間隙を介して対向するようになっている。
筐体10は、背もたれ面10Bに沿ってパッシブ電極121が設けられている。パッシブ電極121は、長方形状であって、長手方向が送電装置101の高さ方向と一致するよう設けられている。送電装置101に受電装置201が載置された場合、送電装置101側のパッシブ電極121と、受電装置201側のパッシブ電極22とが対向(または直接導通)するようになっている。
また、筐体10は、パッシブ電極121に対して垂直に設けられ、かつ、載置面10Aと平行に対向するようパッシブ電極122,123がさらに設けられている。パッシブ電極122,123は、長方形状であって、長手方向が送電装置101の幅方向と一致するよう設けられている。また、送電装置101の高さ方向において、パッシブ電極122は、アクティブ電極11とパッシブ電極123との間に位置するように設けられている。
さらに、送電装置101は、前面10Cに沿って設けられたパッシブ電極124を備えている。パッシブ電極124は、パッシブ電極122,123と直交し、かつ、パッシブ電極121と平行に設けられている。パッシブ電極121,122および124は、送電装置101のアクティブ電極11の三面を囲んでいる。
従って、送電装置101に受電装置201を載置した際に対向する送電装置101側のアクティブ電極11と受電装置201側のアクティブ電極21とは、三面がパッシブ電極121,122および124により囲まれる。
また、送電装置101は、ACアダプタを介して供給される直流電圧の交流変換および昇圧してアクティブ電極11とパッシブ電極121との間に印加する電圧発生回路17を備えている。この電圧発生回路17はパッシブ電極122とパッシブ電極123との間に位置するよう設けられている。従って、電圧発生回路17の四面は、パッシブ電極121,122,123,124により囲まれている。
本実施形態では、送電装置101は、電界結合するアクティブ電極11,21、および電圧発生回路17などの高圧部分を、パッシブ電極121,122,123,124により囲むことで、高圧部分をアース(大地、床、机等)に対して静電遮蔽する構成となっている。
これにより、送電装置101および受電装置201におけるグランド電位が大きく変動しなくなるため、電力伝送動作中に、タッチパネル23が操作された場合であっても、タッチパネル23の操作の有無を確実に検出でき、タッチパネル23の誤作動を抑制できる。
なお、実施形態4に係るワイヤレス電力伝送システムの回路構成は、静電遮蔽電極13を備えていない点以外、実施形態1〜3と同様であるため説明を省略する。
以上説明したように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおいて、送電装置101に受電装置201を載置した際に対向するアクティブ電極11,21をパッシブ電極121,122,123,124によりアースに対して静電遮蔽する構成としている。これにより、送電装置101および受電装置201のグランド電位を安定させることができる。この結果、送電装置101から受電装置201への電力伝送時、すなわち、受電装置201の電力伝送動作中に、タッチパネル23に触れる操作を行った場合であっても、受電装置201が誤作動を引き起こさないようにできる。
パッシブ電極でアクティブ電極等を静電遮蔽する場合、図11および図12等で示すように、アクティブ電極11の下側(アース側)にパッシブ電極122,123を設けている構成が好ましいが、高圧部分を静電遮蔽する構成は、上述の実施形態に限定されない。必ずしも高圧部分の全体を覆う必要はなく、部分的に静電遮蔽するだけでもよい。
また、受電装置201側のパッシブ電極22は、筐体20の背面のみに設けているが、筐体20の側面に沿ってパッシブ電極がさらに設けられていてもよい。さらに、送電装置101および受電装置201のアクティブ電極は、送電装置101の載置面10Aおよび筐体20の底面に設けられているが、これに限定されない。
図13、図14および図15は、送電装置101のパッシブ電極がアクティブ電極を静電遮蔽する構成の別の例を示す模式図である。例えば、図13に示すように、アクティブ電極11は、送電装置101の背もたれ面10Bに沿って設けられ、アクティブ電極21は、受電装置201の筐体20の背面に沿って設けられている。さらに、送電装置101および受電装置201のパッシブ電極125,22は、アクティブ電極11,21を挟んで対向するように設けられている。さらにパッシブ電極24は、筐体20の底面に沿って設けられ、パッシブ電極24と対向するパッシブ電極126は、送電装置101の載置面10Aに沿って設けられている。この構成とすることで、対向するアクティブ電極11,21が、パッシブ電極125,126,22,24により、アースに対して静電遮蔽される。
また、図14に示すように、送電装置101の載置面10Aに沿ってアクティブ電極11およびパッシブ電極12が設けられ、受電装置201の底面に沿ってアクティブ電極21およびパッシブ電極22が設けられていてもよい。この場合、対向するパッシブ電極12,22の間に、対向するアクティブ電極11,21が介在するようにしてある。これにより、パッシブ電極12がアースに対する静電遮蔽部として機能する。
さらに、図15に示すように、高電圧部分となる送電装置101の電圧発生回路17をパッシブ電極127,128,129で囲む構成としてもよい。この場合、送電装置101のアクティブ電極11およびパッシブ電極127は、筐体10の載置面10Aに沿って設けられている。パッシブ電極127との間に電圧発生回路17が介在するように、パッシブ電極129を設けて、パッシブ電極128により、パッシブ電極127,129を導通している。受電装置201のアクティブ電極21およびパッシブ電極22は、筐体20の底面に沿って設けられている。図15の場合、電圧発生回路17も、静電遮蔽電極として機能するパッシブ電極127,128,129によりアース300に対して静電遮蔽することができる。
図16は、図15に示すワイヤレス電力伝送システムの変形例であり、送電装置101および受電装置201の側面断面図である。パッシブ電極128は、筐体10の載置面10Aから一部が露出するよう形成されている。また、受電装置201のパッシブ電極22は、筐体20の底面から一部が露出するよう形成されている。受電装置201を送電装置101に載置した場合、パッシブ電極22およびパッシブ電極129の露出する部分同士が導通するようになっている。この場合、電圧発生回路17に対して静電遮蔽電極として機能するパッシブ電極129を、受電装置201のパッシブ電極22と同電位にしている。この構成であっても、高圧部分をアース300に対し静電遮蔽することができ、タッチパネル23の誤作動を防止できる。
(実施形態5)
以下に、本発明に係る実施形態5について説明する。実施形態5に係る送電装置および受電装置のぞれぞれは、一対のアクティブ電極を備えている。
以下に、本発明に係る実施形態5について説明する。実施形態5に係る送電装置および受電装置のぞれぞれは、一対のアクティブ電極を備えている。
図17は送電装置と受電装置との透視斜視図である。図18は送電装置と受電装置の側面図である。なお、本実施形態に係る送電装置101の筐体10は、実施形態3,4と同様の形状を有している。
送電装置101の筐体10には、背もたれ面10Bに沿ってアクティブ電極111,112が設けられている。アクティブ電極111,112は矩形状であって、送電装置101の高さ方向に配列されている。静電遮蔽電極131は、背もたれ面10Bに平行に設けられている。静電遮蔽電極132は、筐体10の載置面10Aに沿って設けられている。静電遮蔽電極132は、不図示の電圧発生回路などの高圧部分とアース300との間に介在するよう配置されている。静電遮蔽電極133は、筐体10の前面10Cに沿って設けられている。
受電装置201の筐体20には、背面に沿ってアクティブ電極211,212が設けられている。アクティブ電極211,212は矩形状であって、受電装置201の高さ方向に配列されている。
図19は本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの等価回路図である。
送電装置101において、トランスTGの二次巻線は、一端がアクティブ電極111に接続され、他端がアクティブ電極112に接続されている。
受電装置201において、降圧トランスTLの一次巻線は、一端がアクティブ電極211に接続され、他端がアクティブ電極212に接続されている。降圧トランスTLの二次巻線は、両端それぞれにダイオードD1,D2を介して負荷回路RLに接続されている。また、二次巻線はセンタータップを有し、そのセンタータップが負荷回路RLに接続されている。
このように、対向するアクティブ電極111およびアクティブ電極211、ならびに、対向するアクティブ電極112およびアクティブ電極212とアース300との間には静電遮蔽電極131,132,133が設けられた構成となるため、各電極はアース300に対して静電遮蔽されている。これにより、電極の電位がアース300に対して大きく変動することがなく、上述の実施形態と同様、タッチパネル23の誤作動を防止できる。
なお、本実施形態では、アクティブ電極111,112は筐体10の背もたれ面10Bに沿って設けられているが、載置面10Aに沿って設けられていてもよい。この場合、アクティブ電極211,212は筐体20の底面に沿って設けられることになる。また、受電装置201の降圧トランスTLの二次側において、整流回路は二つのダイオードD1,D2で構成しているが、ダイオードブリッジ回路であってもよいし、他の構成であってもよい。
以上説明した送電装置101および受電装置201の具体的構成などは、適宜設計変更可能であり、上述の実施形態に記載された作用および効果は、本発明から生じる最も好適な作用および効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用および効果は、上述の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
10−筐体
10A−載置面
10B−背もたれ面
10C−前面
11−アクティブ電極
12−パッシブ電極
13−静電遮蔽電極
17−電圧発生回路
20−筐体
21−アクティブ電極
22−パッシブ電極
23−タッチパネル
101−送電装置
201−受電装置
300−アース
RL−負荷回路
10A−載置面
10B−背もたれ面
10C−前面
11−アクティブ電極
12−パッシブ電極
13−静電遮蔽電極
17−電圧発生回路
20−筐体
21−アクティブ電極
22−パッシブ電極
23−タッチパネル
101−送電装置
201−受電装置
300−アース
RL−負荷回路
Claims (14)
- 送電側電極と、前記送電側電極に電圧を印加する電圧発生回路とを備える送電装置と、
前記送電側電極に対し容量結合する受電側電極、前記受電側電極に発生する電圧を降圧する降圧回路、および前記降圧回路の出力電圧を電源電圧として入力する負荷回路を有する受電装置と、
を備えるワイヤレス電力伝送システムにおいて、
前記送電装置または前記受電装置は、
前記送電側電極および前記受電側電極をアースに対して静電遮蔽する静電遮蔽部
を備え、
前記静電遮蔽部は、前記送電装置または前記受電装置の基準電位に接続されている、
ワイヤレス電力伝送システム。 - 前記送電側電極は送電側アクティブ電極および、前記送電側アクティブ電極より低電位となる送電側パッシブ電極を有し、
前記受電側電極は受電側アクティブ電極および、前記受電側アクティブ電極より低電位となる受電側パッシブ電極を有し、
前記送電側アクティブ電極および前記受電側アクティブ電極は、間隙を介して対向して容量結合し、
前記送電側パッシブ電極および前記受電側パッシブ電極は、間隙を介して対向または接触する、
請求項1に記載のワイヤレス電力伝送システム。 - 前記送電側電極は送電側第1電極および送電側第2電極を有し、
前記受電側電極は、前記送電側第1電極に対向する受電側第1電極、および前記送電側第2電極に対向する受電側第2電極を有し、
前記電圧発生回路は、前記送電側第1電極および前記送電側第2電極に互いに逆位相となる電圧を印加し、
前記降圧回路は、前記受電側第1電極および受電側第2電極からの出力電圧を降圧する、
請求項1に記載のワイヤレス電力伝送システム。 - 前記静電遮蔽部は前記電圧発生回路を前記アースに対して静電遮蔽する、
請求項1から3の何れかに記載のワイヤレス電力伝送システム。 - 前記静電遮蔽部は前記降圧回路を前記アースに対して静電遮蔽する、
請求項1から4の何れかに記載のワイヤレス電力伝送システム。 - 前記受電装置は、前記受電側パッシブ電極の電位を基準電位とする静電容量式入力部を有する、
請求項2に記載のワイヤレス電力伝送システム。 - 前記静電遮蔽部は前記送電側パッシブ電極または前記受電側パッシブ電極である、
請求項6に記載のワイヤレス電力伝送システム。 - 前記受電装置は、
前記静電容量式入力部が設けられる前面、前記前面と平行な背面、並びに、前記前面および前記背面に隣接する底面を有し、
前記受電側アクティブ電極は前記底面に沿って設けられ、
前記受電側パッシブ電極は前記背面に沿って設けられ、
前記送電装置は、
前記受電装置の底面が面接触する載置面、前記受電装置の背面が面接触する背もたれ面、および前記載置面を挟んで前記背もたれ面と対向する前面を有し、
前記送電側アクティブ電極は前記載置面に沿って設けられ、
前記送電側パッシブ電極は、前記背もたれ面および前記前面に沿って設けられ、かつ、前記送電側アクティブ電極を挟んで載置面とは反対側に設けられた、
請求項6に記載のワイヤレス電力伝送システム。 - 前記受電装置は、
前記静電容量式入力部が設けられる前面、前記前面と平行な背面、並びに、前記前面および前記背面に隣接する底面を有し、
前記受電側アクティブ電極は前記背面に沿って設けられ、
前記受電側パッシブ電極は、前記底面に沿って設けられた底面側パッシブ電極、および、前記受電側アクティブ電極を挟んで前記背面に対向する背面側パッシブ電極を有し、
前記送電装置は、
前記受電装置の底面が面接触する載置面、および前記受電装置の背面が面接触する背もたれ面を有し、
前記送電側アクティブ電極は前記背もたれ面に沿って設けられ、
前記送電側パッシブ電極は、前記載置面に沿って設けられた載置面側パッシブ電極、および前記送電側アクティブ電極を挟んで前記背もたれ面に対向する背もたれ面側パッシブ電極を有する、
請求項6に記載のワイヤレス電力伝送システム。 - 前記受電装置は、
自装置の基準電位に接続された静電容量式入力部が設けられる前面、前記前面と平行な背面、並びに、前記前面および前記背面に隣接する底面を有し、
前記受電側第1電極および前記受電側第2電極は前記底面または前記背面に沿って設けられ、
前記送電装置は、
前記受電装置の底面が面接触する載置面、および前記受電装置の背面が面接触する背もたれ面を有し、
前記送電側第1電極および前記送電側第2電極は、前記載置面または前記背もたれ面に沿って設けられている、
請求項3に記載のワイヤレス電力伝送システム。 - 受電側アクティブ電極、受電側パッシブ電極、前記受電側アクティブ電極および送電側パッシブ電極の間に生じる電圧を降圧する降圧回路、並びに、前記降圧回路の出力電圧を電源電圧として入力する負荷回路を有する受電装置が載置され、該受電装置へ電力を送電する送電装置において、
載置される前記受電装置の受電側アクティブ電極が間隙を介して対向する送電側アクティブ電極と、
載置される前記受電装置の受電側パッシブ電極が対向または接触する送電側パッシブ電極と、
前記送電側アクティブ電極および送電側パッシブ電極間に電圧を印加する電圧発生回路と、
前記送電側アクティブ電極、または載置される前記受電装置の受電側アクティブ電極の少なくとも一方をアースに対して静電遮蔽する静電遮蔽部と、
を備え、
前記静電遮蔽部は、自装置または載置される前記受電装置の基準電位に接続される、
送電装置。 - 前記送電側アクティブ電極は送電側第1電極および送電側第2電極を有し、
前記電圧発生回路は、
前記送電側第1電極および前記送電側第2電極に互いに逆位相となる電圧を印加する、
請求項11に記載の送電装置。 - 送電側アクティブ電極、送電側パッシブ電極、並びに、前記送電側アクティブ電極及び送電側パッシブ電極間に電圧を印加する電圧発生回路を有する送電装置へ載置して、該送電装置から電力が受電する受電装置において、
前記送電装置の送電側アクティブ電極に空隙を介して対向する受電側アクティブ電極と、
前記送電装置の送電側パッシブ電極に対向又は接触する受電側パッシブ電極と、
前記受電側アクティブ電極及び受電側パッシブ電極の間に生じる電圧を降圧する降圧回路と、
該降圧回路の出力電圧を電源電圧として入力する負荷回路と、
前記受電側アクティブ電極又は前記送電装置の送電側アクティブ電極の少なくとも一方をアースに対して静電遮蔽する静電遮蔽部と、
を備え、
前記静電遮蔽部は、自装置、または自装置を載置する前記送電装置の基準電位に接続される、
受電装置。 - 前記受電側アクティブ電極は受電側第1電極および受電側第2電極を有し、
前記降圧回路は、
前記受電側第1電極および受電側第2電極からの出力電圧を降圧する、
請求項13に記載の受電装置。
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