JP5608026B2 - Contactless power transmission and communication system - Google Patents
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Description
本発明は、携帯端末などの携帯電子機器の充電とともに、データ転送を行う、非接触電力伝送および通信システムに関する。 The present invention relates to contactless power transmission and a communication system that perform data transfer while charging a portable electronic device such as a portable terminal.
送電装置から送られる電力と信号を非接触で受け取る受電装置が広く使用されるようになり、多種の装置が従来技術として知られている。 A power receiving device that receives power and a signal transmitted from a power transmitting device in a contactless manner has come to be widely used, and various devices are known in the prior art.
この種の非接触電力伝送及び通信システムとして、例えば特許文献1などが知られている。特許文献1の非接触電力伝達装置では、1つのコアに電力伝達用の巻き線と信号伝達用の巻き線を巻くことにより小型化及び低コスト化を図っている。図4は、従来の非接触電力伝達装置のコイルの構成図である。図4に示すように電源装置60のハウジング61に内蔵される電力伝送用一次巻線62と、信号伝送用二次巻線63とを1つのC型コア64に巻回し、負荷機器70のハウジング71に内蔵される電力伝送用二次巻線72と信号伝送用一次巻線73とを1つのC型コア74に巻回してある。
As this kind of non-contact power transmission and communication system, for example,
また、特許文献2では、複数のアンテナコイル間の接続と、これら複数のアンテナコイル間の接続を、直列、並列に切り替えるための、スイッチング部と、このスイッチングを制御する制御手段を備え、複数のアンテナコイル間の接続を適宜切り替えることで、最適な電圧及び電流が得られる様に調整するICカードおよび給電装置により、無線伝送を用いて電力を送電する機器との間がより長い距離で隔たっている場合でも、通信が可能となる構成となっている。
Moreover, in
更に、特許文献3では、送電データに応じてアンテナコイルに周波数の異なる第1、第2の搬送波を切替えて供給する送信回路を有する質問機と、質問機からの指示に従って信号処理を行って送信信号を送受信コイルに供給する信号処理回路とを有する応答機とを備えたデータキャリアシステムでは、質問機は搬送波を切り替えて供給して、応答機は搬送波を用いて電力を得る構造となっている。
Furthermore, in
しかしながら、従来技術においては、下記の問題が発生していた。 However, the following problems have occurred in the prior art.
特許文献1に記載の非接触電力伝達装置は、電力伝送用、信号伝送用として共通の1つのコアに、それぞれの伝送用コイルを用いていたため、小型化には限度が生じているとともに、1つのコアを用いているため信号伝送用に信号を分離する為のフィルタ回路が必要となっていた。
In the non-contact power transmission device described in
また、特許文献2に記載のICカードおよび給電装置は、ICカードの複雑構成と、給電装置の大型化によるコスト大が問題となっていた。
Further, the IC card and the power supply device described in
更に、特許文献3に記載のデータキャリアシステムは、1つのアンテナコイルで搬送波を切り替えているため、質問機側に分周回路、搬送波にデータを乗せているために質問機、応答機のそれぞれに復調・変調回路が必要となり小型化が難しかった。
Furthermore, since the data carrier system described in
そこで本発明は、低コストで、小型な上に、電力伝送と信号伝送を切り替えて伝送することにより伝送信号品質が向上した、非接触電力伝送及び通信システムを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a non-contact power transmission and communication system in which transmission signal quality is improved by switching between power transmission and signal transmission at a low cost and in a small size.
上記の課題を解決するために、本発明は、本発明の非接触電力伝送及び通信システムは、電力伝送時と信号伝送時において、送電コイルの第1のコイルと第2のコイルと、受電コイルの第1のコイルと第2のコイルの接続をスイッチング部により切り替える構成を用いたものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a non-contact power transmission and communication system according to the present invention in which a first coil and a second coil of a power transmission coil and a power receiving coil are used during power transmission and signal transmission. A configuration in which the connection between the first coil and the second coil is switched by the switching unit is used.
すなわち、本発明によれば、送電コイルを有する送電装置と前記送電コイルに電磁結合する受電コイルを設けた受電装置を備え、前記送電装置と前記受電装置とを近接配置することにより前記送電コイルと前記受電コイルとの電磁結合を介して、前記送電装置から前記受電装置への非接触の電力伝送および前記送電装置と前記受電装置の間でデータ通信を行う非接触電力伝送および通信システムであって、前記送電コイル及び前記受電コイルは、それぞれ、基板上に形成された一つのコイルからなり、第1のコイル部と、前記第1のコイル部の一端部と接続した第2のコイル部と、前記第1のコイル部の一端部と前記第2のコイル部の接続部と接続した第1の調整回路と、前記第2のコイル部の前記第1のコイル部と接続しない他端部と接続した第2の調整回路とで構成され、FETを有し、前記電力伝送と信号伝送を回路により切り替えるスイッチング部を備え、前記FETをオンまたはオフにすることにより、前記電力伝送時、前記第2の調整回路を接続し、前記送電コイルの第1のコイル部と第2のコイル部のインピーダンス及び前記受電コイルの第1のコイル部と第2のコイル部のインピーダンスを調整し、前記信号伝送時、前記第1の調整回路を接続し、前記送電コイルの第1のコイル部のインピーダンス及び前記受電コイルの第1のコイル部のインピーダンスを調整するよう構成されたことを特徴とする非接触電力伝送および通信システムが得られる。 That is, according to the present invention, the power transmission apparatus includes a power transmission apparatus having a power transmission coil and a power reception apparatus provided with a power reception coil that is electromagnetically coupled to the power transmission coil. A non-contact power transmission and a communication system for performing non-contact power transmission from the power transmission device to the power reception device and data communication between the power transmission device and the power reception device via electromagnetic coupling with the power reception coil. Each of the power transmission coil and the power reception coil is composed of one coil formed on a substrate, and a first coil part and a second coil part connected to one end part of the first coil part, a first adjustment circuit which is connected to the connection portion of the second coil portion as one end portion of the first coil portion, not connected with the first coil portion before Symbol of the second coil portion second end portion Connect with Composed of a second adjustment circuit comprises an FET, a switching unit for switching the power transmission and the signal transmission by the circuits, by the FET on or off, when the power transmission, the first 2 adjustment circuits are connected to adjust the impedances of the first coil portion and the second coil portion of the power transmission coil and the impedances of the first coil portion and the second coil portion of the power receiving coil, and the signal transmission And the first adjustment circuit is connected to adjust the impedance of the first coil portion of the power transmission coil and the impedance of the first coil portion of the power receiving coil. Transmission and communication systems are obtained.
また、本発明によれば、前記送電コイルと前記受電コイルによるID認証を行ってから非接触電力伝送および通信を開始することを特徴とする上記の非接触電力伝送および通信システムが得られる。 In addition, according to the present invention, the contactless power transmission and communication system described above are characterized in that contactless power transmission and communication are started after performing ID authentication by the power transmission coil and the power reception coil.
また、本発明によれば、電力伝送時と信号伝送時の伝送周波数が異なることを特徴とする上記の非接触電力伝送および通信システムが得られる。 In addition, according to the present invention, it is possible to obtain the contactless power transmission and communication system described above, wherein transmission frequencies at the time of power transmission and signal transmission are different.
本願においては、電力伝送時に、第1のコイルと第2のコイルを、信号伝送時に第1のコイルを用いる構成を取っているが、電力伝送時に第1のコイルを、信号伝送時に第1のコイルと第2のコイルの構成等、その伝送に応じて構成を変えても、同様な手段によって対応できるのは明らかである。 In the present application, the first coil and the second coil are used for power transmission, and the first coil is used for signal transmission. However, the first coil is used for power transmission, and the first coil is used for signal transmission. Obviously, even if the configuration is changed according to the transmission, such as the configuration of the coil and the second coil, the same means can be used.
本発明の非接触伝送システムは、電力伝送時と信号伝送時に用いる送電コイルと受電コイル主コイルを、スイッチング部により第1のコイルと第2のコイルの接続を切り替えることにより、従来、電力伝送と信号伝送用にそれぞれ設けていたコイルを、第1のコイルを電力伝送時と信号伝送時の両方で共用することにより、省資源で電力伝送と信号伝送に適した伝送コイルを構成することにより、低コストで、小型な上に、電力伝送と信号伝送を切り替えて伝送することにより伝送信号品質が向上した、非接触電力伝送及び通信システムが得られる。 The non-contact transmission system according to the present invention is a conventional power transmission coil and a power receiving coil main coil used for power transmission and signal transmission by switching the connection between the first coil and the second coil by a switching unit. By constructing a transmission coil suitable for power transmission and signal transmission by saving resources by sharing the first coil for both signal transmission and signal transmission by sharing the coils provided for signal transmission respectively. A non-contact power transmission and communication system in which transmission signal quality is improved by switching between power transmission and signal transmission at low cost and in small size can be obtained.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の非接触電力伝送及び通信システムは、電力伝送時には、第1のコイルと第2のコイルとインピーダンスを調整する第2の調整回路を接続して構成し、信号伝送時には、第1のコイルとインピーダンスを調整する第1の調整回路を接続して構成し、電力伝送・信号伝送の切り替えるスイッチング部とにより構成することを特徴とする非接触電力伝送及び通信システムである。 The non-contact power transmission and communication system of the present invention comprises a first coil, a second coil, and a second adjustment circuit that adjusts impedance when power is transmitted, and the first coil when signal is transmitted. And a first adjustment circuit that adjusts impedance, and a switching unit that switches between power transmission and signal transmission, and a non-contact power transmission and communication system.
図1は、本発明に係る電力伝送時のコイルの構成図である。図2は、本発明に係る信号伝送時のコイルの構成図である。送電コイルと受電コイルは、近接配置させやすいように設けている。図1、2では、使用するコイルのみ斜線を用いて表す。 FIG. 1 is a configuration diagram of a coil during power transmission according to the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram of a coil during signal transmission according to the present invention. The power transmission coil and the power reception coil are provided so as to be easily arranged close to each other. In FIGS. 1 and 2, only the coil to be used is represented by hatching.
本発明の非接触電力伝送及び通信システムは、送電コイル2を有する送電装置1と送電コイル2に電磁結合する受電コイル22を設けた受電装置21を備え、送電装置1と受電装置21とを近接配置することにより送電コイル2と受電コイル22との電磁結合を介して、送電装置1から受電装置21への非接触の電力伝送および送電装置1と受電装置21間で非接触の信号伝送を行う。送電装置1と受電装置21を近接配置させると、送電装置1は受電装置21を認識するため、データ通信により、ID認証を行い、ID認証が成立されてから、電力伝送を開始する。従って、ID認証が成立するまでの間は、送電コイル2、受電コイル22は、信号伝送を行うための構成にして、ID認証が成立してデータ通信が終了すると、スイッチング部5、25を切り替えて、送電コイル2、受電コイル22を電力伝送の構成にする。
The non-contact power transmission and communication system of the present invention includes a
電力伝送時の送電装置は、図1に示すように、送電装置1の基板10上に、送電コイル2をスイッチング部5の切り替えにより、第2の調整回路7と接続し第1の調整回路6と接続しないことにより第1のコイル部3と第2のコイル部4と第2の調整回路7により1つのコイルとして構成できるようにする。第2のコイル部4と接続されていない第1のコイル部3の端部は、スルーホール9により送電コイル2が構成している基板10の反対側に接続され、ジャンパ8等により指定の接続端子に接続する。第2の調整回路は、第2のコイル部4とスルーホール9により送電コイル2が構成している基板10の反対側で接続され、スイッチング部5と接続されて、その後指定の接続端子に接続する。
As shown in FIG. 1, the power transmission device during power transmission connects the
同様に電力伝送時の受電装置は、図1に示すように、受電装置21の基板30上に、受電コイル22をスイッチング部25の切り替えにより、第2の調整回路27と接続し第1の調整回路26と接続しないことにより第1のコイル部23と第2のコイル部24と第2の調整回路27により1つのコイルとして構成できるようにする。第2のコイル部24と接続されていない第1のコイル部23の端部は、スルーホール29により受電コイル22が構成している基板30の反対側に接続され、ジャンパ28等により指定の接続端子に接続する。第2の調整回路は、第2のコイル部24とスルーホール29により受電コイル22が構成している基板30の反対側で接続され、スイッチング部25と接続されて、その後指定の接続端子に接続する。本願の送電コイル2と受電コイル22は、ジャンパ8、28やスルーホール9、29を用いて電磁結合が容易な平面コイルに、構成しているが、スルーホールやジャンパの有無は問わない。
Similarly, as shown in FIG. 1, the power receiving device at the time of power transmission connects the
信号伝送時の送電装置は、図2に示すように、送電装置1の基板10上に、送電コイル2をスイッチング部5の切り替えにより、第1の調整回路6接続し第2の調整回路7と接続しないことにより第1のコイル部3と第1の調整回路6により1つのコイルとして構成できるようにする。第1の調整回路6と接続されていない第1のコイル部3の端部は、スルーホール9により送電コイル2が構成している基板10の反対側に接続され、ジャンパ8等により指定の接続端子に接続する。第1の調整回路6は、第1のコイル部3とスルーホール9により送電コイル2が構成している基板10の反対側で接続され、スイッチング部5と接続されて、その後指定の接続端子に接続する。
As shown in FIG. 2, the power transmission device at the time of signal transmission connects the
同様に信号伝送時の受電装置は、図2に示すように、受電装置21の基板30上に、受電コイル22をスイッチング部25の切り替えにより、第1の調整回路26接続し第2の調整回路27と接続しないことにより第1のコイル部23と第1の調整回路26により1つのコイルとして構成できるようにする。第1の調整回路26と接続されていない第1のコイル部23の端部は、スルーホール29により送電コイル22が構成している基板30の反対側に接続され、ジャンパ28等により指定の接続端子に接続する。第1の調整回路26は、第1のコイル部23とスルーホール29により受電コイル22が構成している基板30の反対側で接続され、スイッチング部25と接続されて、その後指定の接続端子に接続する。本願の送電コイル2と受電コイル22は、ジャンパ8、28やスルーホール9、29を用いて電磁結合が容易な平面コイルに、構成しているが、スルーホールやジャンパの有無は問わない
Similarly, as shown in FIG. 2, the power receiving device at the time of signal transmission is connected to the
前記スイッチング部5、25の切り替えは、制御プログラムまたは回路により行い、電力伝送、信号伝送の構成を切り替えする。
The switching
電力伝送時と信号伝送時の周波数は異なる周波数を用いてもよく、例えば信号伝送時の周波数を13.56MHzで行い、電力伝送時の周波数は、13.56MHzより低い周波数で駆動することにより、効率よく電力伝送を行うことができる。これは、一般にパワートランジスタの特性としてスイッチング周波数が低いと、動作周波数に起因するスイッチングロスが少なくなるためである。 The frequency at the time of power transmission and the frequency at the time of signal transmission may be different. For example, the frequency at the time of signal transmission is 13.56 MHz, and the frequency at the time of power transmission is driven at a frequency lower than 13.56 MHz, Power transmission can be performed efficiently. This is because, as a general characteristic of the power transistor, when the switching frequency is low, the switching loss due to the operating frequency is reduced.
本発明の非接触伝送システムの電力伝送、信号伝送の切り替えを行うスイッチング部を、制御プログラムにより構成した場合について説明する。 The case where the switching part which switches the electric power transmission of the non-contact transmission system of this invention and signal transmission is comprised by the control program is demonstrated.
前記送電装置と受電装置のスイッチング部を説明するために、一例として、電力伝送時の送電装置のスイッチング部の構成を取り上げて説明する。図1に示す送電装置1のスイッチング部5は、外部制御信号により信号を切り替えることが可能なリレー等の部品により、構成されている。最初にID認証が成立すると、スイッチング部5を、送電装置に内蔵されているマイコン等の制御プログラムにより、電力伝送時の送電コイル2の切り替え信号を出力してスイッチング部5を切り替えて、第1のコイル部3と第2のコイル4と第2の調整回路7を接続するように切り替える。同様にして、受電装置21のスイッチング部25も、外部制御信号により信号を切り替えることが可能なリレー等の部品により、構成されており、最初のID認証が成立すると、スイッチング部25を、受電装置に内蔵されているマイコン等の制御プログラムにより、電力伝送時の受電コイル22の切り替え信号を出力してスイッチング部25を切り替えて、第1のコイル部23と第2のコイル部24と第2の調整回路27を接続するように切り替える。
In order to describe the switching unit of the power transmission device and the power receiving device, the configuration of the switching unit of the power transmission device during power transmission will be described as an example. The
電力伝送と信号伝送の切り替えは、所定の間隔で切り替えるか、または、信号伝送により必要に応じて切り替え間隔を調整することとして、送電装置1、受電装置21内のマイコン等の制御プログラムにより行われる。
Switching between power transmission and signal transmission is performed by a control program such as a microcomputer in the
本発明の非接触伝送システムの電力伝送、信号伝送の切り替えを行うスイッチング部を、回路により構成した一例として、FETを用いた場合について説明する。図3は、本発明に係るFETによりスイッチング部を構成する場合の回路図である。 A case where an FET is used will be described as an example in which a switching unit that switches between power transmission and signal transmission of the contactless transmission system of the present invention is configured by a circuit. FIG. 3 is a circuit diagram in the case where the switching unit is configured by the FET according to the present invention.
前記送電装置と受電装置のスイッチング部を説明するために、送電装置のスイッチング部の構成を取り上げて説明する。スイッチング部40を回路で構成する実施例として、第1の調整回路6を接続する第1選択入力端子47、第2の調整回路7を接続する第2選択入力端子48と、p型チャンネルFET(以下「Pch−FET」と表記する)42と、n型チャンネルFET(以下「Nch−FET」と表記する)41と、抵抗44と、コンデンサ43と、ダイオード45と、コイルで発生する磁界を検出する磁界センサ出力を入力する制御信号入力端子46と、選択されたコイルと接続する選択出力端子49と、から構成される。
In order to describe the switching unit of the power transmission device and the power receiving device, the configuration of the switching unit of the power transmission device will be described. As an embodiment in which the
例えば、磁界検出の機能を有するセンサで検出された電圧を制御信号入力端子46に入力して、ダイオード45で半波整流し、抵抗44、コンデンサ43で平滑した電圧をPch−FET42、Nch−FET41のゲートに入力する。磁界検出センサで検出する電圧レベルは、電力伝送時と信号伝送時を比較すると、電力伝送時の方が信号伝送時よりも電圧レベルが大きくなる。Pch−FET42とNch−FET41のゲートがオンする閾値を電力伝送時の電圧レベルと信号伝送時の電圧レベルの中間に設定すると、電力伝送時は、抵抗44、コンデンサ43で平滑した電圧レベルがFETのゲートがオンする閾値よりも高いため、Nch−FET41はオン、Pch−FET42はオフになり、選択出力端子49は第2選択入力端子48と接続され、第1選択入力端子47とはオープンの関係になる。信号伝送時は、反対に抵抗44、コンデンサ43で平滑した電圧レベルがFETのゲートがオンする閾値よりも低いため、Nch−FET41はオフ、Pch−FET42はオンし、選択出力端子49は第1選択入力端子47と接続され、第2選択入力端子48とはオープンの関係になる。
For example, a voltage detected by a sensor having a magnetic field detection function is input to the control
送電装置のスイッチング部5の構成を取り上げて説明したが、同様にして受電装置のスイッチング部25も制御される。
Although the configuration of the
以上、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not restricted to these embodiment, Even if there is a design change of the range which does not deviate from the summary of this invention, it is included in this invention. That is, various changes and modifications that can be naturally made by those skilled in the art are also included in the present invention.
1 送電装置
2 送電コイル
3 第1のコイル部
4 第2のコイル部
5 スイッチング部
6 第1の調整回路
7 第2の調整回路
8 ジャンパ
9 スルーホール
10 基板
21 受電装置
22 受電コイル
23 第1のコイル部
24 第2のコイル部
25 スイッチング部
26 第1の調整回路
27 第2の調整回路
28 ジャンパ
29 スルーホール
30 基板
40 スイッチング部
41 Nch−FET
42 Pch−FET
43 コンデンサ
44 抵抗
45 ダイオード
46 制御信号入力端子
47 第1選択入力端子
48 第2選択入力端子
49 選択出力端子
60 電源装置
61 ハウジング
62 電力伝送用一次巻線
63 信号伝送用二次巻線
64 C型コア
70 負荷機器
71 ハウジング
72 電力伝送用二次巻線
73 信号伝送用一次巻線
74 C型コア
DESCRIPTION OF
42 Pch-FET
43
Claims (3)
前記送電コイル及び前記受電コイルは、それぞれ、基板上に形成された一つのコイルからなり、第1のコイル部と、前記第1のコイル部の一端部と接続した第2のコイル部と、前記第1のコイル部の一端部と前記第2のコイル部の接続部と接続した第1の調整回路と、前記第2のコイル部の前記第1のコイル部と接続しない他端部と接続した第2の調整回路とで構成され、
FETを有し、前記電力伝送と信号伝送を回路により切り替えるスイッチング部を備え、
前記FETをオンまたはオフにすることにより、
前記電力伝送時、前記第2の調整回路を接続し、前記送電コイルの第1のコイル部と第2のコイル部のインピーダンス及び前記受電コイルの第1のコイル部と第2のコイル部のインピーダンスを調整し、
前記信号伝送時、前記第1の調整回路を接続し、前記送電コイルの第1のコイル部のインピーダンス及び前記受電コイルの第1のコイル部のインピーダンスを調整するよう構成されたことを特徴とする非接触電力伝送および通信システム。 A power transmission device having a power transmission coil and a power reception device provided with a power reception coil that is electromagnetically coupled to the power transmission coil, and electromagnetically coupling the power transmission coil and the power reception coil by arranging the power transmission device and the power reception device in proximity to each other A non-contact power transmission from the power transmission device to the power reception device and a non-contact power transmission and communication system for performing data communication between the power transmission device and the power reception device,
Each of the power transmission coil and the power reception coil is formed of a single coil formed on a substrate, and includes a first coil part, a second coil part connected to one end of the first coil part, a first adjustment circuit which is connected to the connection portion of the second coil portion as one end of the first coil portion, and the other end which is not connected to the first coil portion before Symbol of the second coil portion And a connected second adjustment circuit,
It has a FET, a switching unit for switching the power transmission and the signal transmission by the circuits,
By turning the FET on or off,
At the time of the power transmission, the second adjustment circuit is connected, the impedance of the first coil portion and the second coil portion of the power transmission coil, and the impedance of the first coil portion and the second coil portion of the power receiving coil Adjust
In the signal transmission, the first adjustment circuit is connected to adjust the impedance of the first coil portion of the power transmission coil and the impedance of the first coil portion of the power receiving coil. Non-contact power transmission and communication system.
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