JP5635423B2 - 非接触式給電装置 - Google Patents
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Description
この種の非接触式給電装置においては、送電装置の1次側コイルと受電装置の2次側コイルとの電磁誘導により受電装置の2次電池の充電が行われる。
特許文献1の非接触式給電装置において、例えば、共振周波数の電流を1次側コイルに供給することにより携帯電話の充電が可能となるように送電装置が構成されている場合、電動歯ブラシの充電時には1次側コイルへの供給電流の周波数を共振周波数とは異なるものに変更する必要が生じる。このとき、変更後の周波数が共振周波数から乖離したものとなるにつれて充電効率は低下する。
本発明の目的はより高い充電効率で受電装置を充電できる非接触式給電装置を提供することである。
〔1〕本発明の一形態に従う非接触式給電装置は電気的に並列接続される複数の1次側コイルと、前記1次側コイルに供給する電力を制御することにより2次側コイルを含む受電装置に送電する制御部とを備え、前記制御部は前記送電に用いる前記1次側コイルを規定するコイル使用形態を前記受電装置から受信した信号に基づいて複数のコイル使用形態の中から選択し、前記制御部が選択する前記コイル使用形態は前記1次側コイルに供給される電流の周波数が共振周波数に設定されるときに前記受電装置に流れる直流電流の大きさである充電電流値が所定の範囲に含まれる使用形態である。
〔2〕前記非接触式給電装置の一形態によれば、前記制御部は前記複数のコイル使用形態の中から選択したコイル使用形態により前記受電装置に送電している場合に前記充電電流値が前記所定の範囲から外れたとき、前記充電電流値が前記所定の範囲に含まれるように前記1次側コイルに供給する電流の周波数を調整する。
〔3〕前記非接触式給電装置の一形態によれば、前記制御部は前記信号に含まれる前記受電装置の充電状態または充電時間に関する情報に基づいて前記コイル使用形態を選択する。
〔4〕前記非接触式給電装置の一形態によれば、前記制御部は前記受電装置の充電状態または充電時間の変化にともない前記送電に用いる前記コイル使用形態を変更し、前記充電状態が満充電状態に近いときほど、または、前記充電時間が長いときほど、電力の送電量が小さい前記コイル使用形態を選択する。
〔5〕前記非接触式給電装置の一形態によれば、前記複数のコイル使用形態は前記複数の1次側コイルのうちの1つを前記送電に用いる使用形態である単独使用形態、および、前記複数の1次側コイルのうちの複数を前記送電に用いる使用形態である複合使用形態を含み、前記制御部は前記単独使用形態を前記複合使用形態よりも優先して選択する。
〔6〕前記非接触式給電装置の一形態によれば、前記制御部は前記信号に含まれる前記受電装置の種類に関する情報に基づいて前記コイル使用形態を選択する。
〔7〕前記非接触式給電装置の一形態によれば、前記制御部は前記受電装置への送電を開始する前に前記1次側コイルにテスト電流を供給し、前記信号に含まれる前記充電電流値に関する情報であり前記テスト電流に対応する前記充電電流値に関する情報に基づいて前記コイル使用形態を選択する
図1〜図5を参照して、本発明の第1実施形態について説明する。
図1に示されるように、非接触式給電装置1には、各種の受電装置に送電する送電装置10が設けられている。送電装置10に搭載される受電装置としては、図示される携帯電話20の他に、例えば、スマートフォン、携帯情報端末、ポータブルオーディオプレーヤー、ICレコーダー、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯ゲーム機、およびノートパソコン等が挙げられる。
携帯電話20の構成について説明する。
図1(a)に示されるように、携帯電話20には、2次電池23が内蔵された本体としての第1ハウジング21と、ヒンジによりこのハウジング21に取り付けられた第2ハウジング22とが設けられている。
図1(a)に示されるように、送電装置10には、携帯電話20に送電する1次側コイル30と、1次側コイル30に電気的に接続される回路基板12と、送電装置10の各要素が取り付けられるハウジング11と設けられている。ハウジング11には、携帯電話20を載せるための搭載面11Aが設けられている。
送電装置10に携帯電話20が搭載された状態において、1次側コイル30に交番電力が供給されたとき、送電装置10の1次側コイル30と携帯電話20の2次側コイル40との電磁誘導により2次電池23の充電が行われる。なお、同一の条件のもとで各コイル31〜33に個別に交流電流が供給されたとき、それぞれのコイルに生じる交番磁束の大きさの関係は次のようになる。すなわち、第1コイル31に生じる交番磁束、第2コイル32に生じる交番磁束、および第3コイル33に生じる交番磁束の順に交番磁束が小さくなる。
送電装置10には、交番電力を生成する1次側回路50が設けられている。
1次側回路50には、送電装置10の電源としての直流電源E1と、複数のスイッチング素子により構成されたフルブリッジ回路51と、複数のスイッチング素子の制御等を行う制御部53とが設けられている。
2次側回路60には、1次側コイル30で発生した磁束を受ける2次側コイル40と、2次側コイル40の交番電力を直流電力に変換する全波整流回路61と、2次電池23の充電状態を検知する制御部62とが設けられている。またこの他に、1次側回路50と2次側回路60とのインピーダンスの整合をとるコンデンサC4と、全波整流回路61の直流電力を平滑するコンデンサC5とが設けられている。
制御部53は、各ゲート抵抗R1〜R4を介して制御電圧を各素子F1〜F4に印加し、各素子F1〜F4のオンおよびオフを切り替える。すなわち、第1スイッチング素子F1および第4スイッチング素子F4のオンおよびオフと、第2スイッチング素子F2および第3スイッチング素子F3のオンおよびオフとをゲート電圧に応じて交互に切り替える。これにより、1次側コイル30に交番電力が誘起されるため、1次側コイル30に高周波の交番磁束が発生する。
送電装置10の制御部53は、送電装置10のハウジング11に受電装置が載せられているか否かを判定するための「認証制御」と、受電装置から送信される電池情報に基づいて1次側コイル30の使用形態(以下、「コイル使用形態」)を変更する「コイル選択制御」とを行う。またこの他に、受電装置の充電中において1次側コイル30に供給する電流の周波数を調整する「充電時周波数制御」と、送電装置10による受電装置の充電を停止するための「充電停止制御」とを行う。
(A)受電装置の充電のために各コイル31〜33のうちのいずれか1つを使用する場合において、いずれのコイルを充電に使用するかを選択すること。
(B)受電装置の充電のために各コイル31〜33のうちの2つ以上を使用する場合において、いずれのコイルを充電に使用するかを選択すること。
(A)第1単独形態では、第1コイル31に通電する。
(B)第2単独形態では、第2コイル32に通電する。
(C)第3単独形態では、第3コイル33に通電する。
(D)第1複合形態では、第2コイル32および第3コイル33に通電する。
(E)第2複合形態では、第1コイル31および第3コイル33に通電する。
(F)第3複合形態では、第1コイル31および第2コイル32に通電する。
(G)第4複合形態では、各コイル31〜33の全部に通電する。
送電装置10の制御部53は、1次側コイル30から携帯電話20に応答要求信号KAを送信するための制御を所定時間毎に繰り返して行う。応答要求信号KAの送信には、各コイル31〜33のうちの少なくとも1つが用いられる。
送電装置10の制御部53は、携帯電話20から電池情報信号KCを受信したとき、この電池情報信号KCに含まれる電池情報を予め記憶されている電池情報と照合し、電池情報信号KCに含まれる電池情報の内容を確認する。そして、確認した電池情報の内容に応じて複数のコイル使用形態の中から1つの使用形態を選択する。
携帯電話20の制御部62は、2次側回路60で生成された直流電流の電流値(以下、「充電電流値AX」)が2次電池23の充電に適した範囲内の大きさか否かを判定する。そして、充電電流値AXが充電に適していない旨の判定をしたとき、2次側コイル40から出力要求信号KRを送信するための制御を行う。出力要求信号KRには、充電電流値AXの情報が含まれる。
携帯電話20の制御部62は、2次電池23の充電状態が満充電状態のとき、2次側コイル40から充電停止信号KSを送信するための制御を行う。充電停止信号KSは、2次電池23の充電を終了する要求を示す信号として送信される。
(A)ステップS102において肯定判定したとき、すなわち携帯電話20から取得した電池情報が電池情報BA3の旨判定したとき、ステップS113においてコイル使用形態として第3単独形態を選択する。
(A)ステップS104において肯定判定したとき、すなわち携帯電話20から取得した電池情報が電池情報BB1の旨判定したとき、ステップS117においてコイル使用形態として第1複合形態を選択する。
本実施形態の非接触式給電装置1によれば、以下の効果が得られる。
(1)非接触式給電装置1においては、2次電池23の電池情報に基づいて1次側コイル30の使用形態が選択される。この構成によれば、選択したコイル使用形態による2次電池23の充電中において、充電電流値AXが2次電池23の充電に適した範囲内のとき、1次側コイル30に供給する電流の周波数を共振周波数に維持することができる。このため、より高い充電効率で受電装置の充電を行うことができる。
図2、図6、および図7を参照して、本発明の第2実施形態について説明する。なお、本実施形態の非接触式給電装置1は、第1実施形態の非接触式給電装置1の一部を変更したものとして構成されている。このため、以下では第1実施形態の非接触式給電装置1と異なる点の詳細を説明し、第1実施形態の非接触式給電装置1と共通する構成については同一符号を付しその説明の一部または全部を省略する。
携帯電話20の制御部62は、送電装置10からの応答要求信号KAを受信したとき、2次側コイル40から応答確認信号KBおよび充電情報信号KDを送信するための制御を行う。充電情報信号KDには、制御部62により検出された2次電池23の充電状態を示す充電情報が含まれている。
携帯電話20の制御部62は、応答要求信号KAを送電装置10から受信したとき、および2次電池23の充電状態が変化したとき、充電情報を含む充電情報信号KDを送電装置10に送信する。送電装置10の制御部53は、携帯電話20からの充電情報信号KDを受信したとき、この充電情報信号KDに含まれる充電情報を予め記憶されている充電情報と照合し、充電情報信号KDに含まれる充電情報の内容を確認する。そして、確認した充電情報の内容に応じて複数のコイル使用形態のなかから1つの使用形態を選択する。
(A)ステップS201において肯定判定したとき、すなわち携帯電話20から取得した充電情報が充電情報CAの旨判定したとき、ステップS213においてコイル使用形態として第1単独形態を選択する。
本実施形態の非接触式給電装置1によれば、以下の効果が得られる。
(1)非接触式給電装置1においては、2次電池23の充電情報に基づいて1次側コイル30の使用形態が選択される。この構成によれば、選択したコイル使用形態による2次電池23の充電中において、充電電流値AXが2次電池23の充電に適した範囲内のとき、1次側コイル30に供給する電流の周波数を共振周波数に維持することができる。このため、より高い充電効率で受電装置の充電を行うことができる。
図2および図8を参照して、本発明の第3実施形態について説明する。なお、本実施形態の非接触式給電装置1は、第1実施形態の非接触式給電装置1の一部を変更したものとして構成されている。このため、以下では第1実施形態の非接触式給電装置1と異なる点の詳細を説明し、第1実施形態の非接触式給電装置1と共通する構成については同一符号を付しその説明の一部または全部を省略する。
送電装置10の制御部53は、1次側コイル30にテスト電流を供給するための電流テストとして、以下の第1電流テスト〜第3電流テストを行う。
(A)第1電流テストでは、第1コイル31にテスト電流を供給する。
(B)第2電流テストでは、第2コイル32にテスト電流を供給する。
(C)第3電流テストでは、第3コイル33にテスト電流を供給する。
(A)第1電流値AX1は、第1電流テストにより得られた充電電流値AXを示す。
(B)第2電流値AX2は、第2電流テストにより得られた充電電流値AXを示す。
(C)第3電流値AX3は、第3電流テストにより得られた充電電流値AXを示す。
送電装置10の制御部53は、認証完了フラグFKを設定した後、電流テストを実行する。携帯電話20の制御部62は、電流テストにより得られた充電電流値AXを含む電流情報信号KEを送電装置10に送信する。
(A)ステップS301において肯定判定したとき、すなわち第3コイル33への通電により要求電流値TX以上の充電電流値AXが得られる旨判定したとき、ステップS314においてコイル使用形態として第3単独形態を選択する。
本実施形態の非接触式給電装置1によれば、第1実施形態の(1)〜(4)の効果、および以下の(5)の効果が得られる。
図2および図9を参照して、本発明の第4実施形態について説明する。なお、本実施形態の非接触式給電装置1は、第3実施形態の非接触式給電装置1の一部を変更したものとして構成されている。このため、以下では第3実施形態の非接触式給電装置1と異なる点の詳細を説明し、第3実施形態の非接触式給電装置1と共通する構成については同一符号を付しその説明の一部または全部を省略する。
図2に示される第3実施形態の非接触式給電装置1においては、コイル使用形態の選択にために電流テストとして第1〜第3電流テストを行う。これに対して本実施形態の非接触式給電装置1では、コイル使用形態の選択のために第3電流テストおよび以下の第4〜第6電流テストを行う。
(A)第4電流テストでは、第2および第3コイル32,33にテスト電流を供給する。
(B)第5電流テストでは、第1および第3コイル31,33にテスト電流を供給する。
(C)第6電流テストでは、第1および第2コイル31,32にテスト電流を供給する。
(A)第4電流値AX4は、第4電流テストにより得られた充電電流値AXを示す。
(B)第5電流値AX5は、第5電流テストにより得られた充電電流値AXを示す。
(C)第6電流値AX6は、第6電流テストにより得られた充電電流値AXを示す。
(A)ステップS401において肯定判定したとき、すなわち第3コイル33への通電により要求電流値TX以上の充電電流値AXが得られる旨判定したとき、ステップS415においてコイル使用形態として第3単独形態を選択する。
本実施形態の非接触式給電装置1によれば、第1実施形態の(1)〜(4)の効果、および第3実施形態の(5)の効果が得られる。
図2、図10、および図11を参照して、本発明の第5実施形態について説明する。なお、本実施形態の非接触式給電装置1は、第3実施形態の非接触式給電装置1の一部を変更したものとして構成されている。このため、以下では第3実施形態の非接触式給電装置1と異なる点の詳細を説明し、第3実施形態の非接触式給電装置1と共通する構成については同一符号を付しその説明の一部または全部を省略する。
図2に示される第3実施形態の非接触式給電装置1においては、コイル使用形態の選択にために電流テストとして第1電流テスト〜第3電流テストを行う。これに対して本実施形態の非接触式給電装置1では、コイル使用形態の選択のために第1電流テスト〜第6電流テストを行う。
(A)ステップS501において肯定判定したとき、すなわち第3コイル33への通電により要求電流値TX以上の充電電流値AXが得られる旨判定したとき、ステップS517においてコイル使用形態として第3単独形態を選択する。
本実施形態の非接触式給電装置1によれば、第1実施形態の(1)〜(4)の効果、および第3実施形態の(5)の効果が得られる。
本発明の実施態様は、上記各実施形態の内容に限定されるものではなく、例えば以下のように変更することもできる。また、以下の変形例は上記各実施形態についてのみ適用されるものではなく、異なる変形例同士を互いに組み合わせて実施することもできる。
(A)受電装置の種類を示す機器情報。
(B)受電装置側からコイル使用形態を指定する使用形態要求情報。
(A)第1コイル31を第2コイル32および第3コイル33に対して偏心させる。
(B)第2コイル32を第1コイル31および第3コイル33に対して偏心させる。
(C)第3コイル33を第1コイル31および第2コイル32に対して偏心させる。
(D)各コイル31〜33の中心を互いに異なる位置に設ける。
(A)各コイル31〜33のうちの2つのコイルのリッツ線の本数を同じものにする。
(B)各コイル31〜33のリッツ線の本数を同じものにする。
(A)第1距離を第2距離および第3距離よりも大きくまたは小さくする。
(B)第2距離を第1距離および第3距離よりも大きくまたは小さくする。
(C)第3距離を第1距離および第2距離よりも大きくまたは小さくする。
(D)上記(A)において第2距離を第3距離よりも大きくまたは小さくする。
(E)上記(B)において第1距離を第3距離よりも大きくまたは小さくする。
(F)上記(C)において第1距離を第2距離よりも大きくまたは小さくする。
・上記各実施形態では、充電時周波数制御を行う構成を採用しているが、同制御を省略することもできる。
・上記各実施形態において、電動歯ブラシ、およびシェーバーの少なくとも一方を受電装置として搭載可能な送電装置を用いることもできる。
〔付記1〕:2次側コイルを含む受電装置に交番磁束を付与するための給電装置であること、1次側コイルを含む送電装置が設けられていること、ならびに、前記1次側コイルへの電力の供給により前記1次側コイルに交番磁束が発生することを条件とする非接触式給電装置において、前記1次側コイルとして複数のコイルが設けられていること、前記複数の1次側コイルが電気的に並列接続されていること、前記受電装置から受信した信号に応じて前記複数の1次側コイルの使用形態が変更されることを特徴とする非接触式給電装置。
〔付記2〕:付記1に記載の非接触式給電装置において、前記信号に含まれる前記受電装置の充電状態に応じて前記複数の1次側コイルの使用形態が変更されることを特徴とする非接触式給電装置。
〔付記3〕:付記1または2に記載の非接触式給電装置において、前記信号に含まれる前記受電装置の種類に応じて前記複数の1次側コイルの使用形態が変更されることを特徴とする非接触式給電装置。
〔付記4〕:付記1〜3のいずれか一項に記載の非接触式給電装置において、前記複数の1次側コイルの少なくとも1つから前記2次側コイルに付与された交番磁束により前記2次側コイルに流れる電流を2次側誘導電流とし、この2次側誘導電流に基づいて生成される信号を2次側応答要求信号として、前記2次側応答要求信号に応じて前記複数の1次側コイルの使用形態が変更されることを特徴とする非接触式給電装置。
〔付記5〕:付記4に記載の非接触式給電装置において、前記2次側誘導電流に基づいて生成される直流電流の電流値を充電電流値として、前記2次側応答要求信号に含まれる前記充電電流値の大きさに応じて前記複数の1次側コイルの使用形態が変更されることを特徴とする非接触式給電装置。
〔付記6〕:付記5に記載の非接触式給電装置において、前記受電装置において充電のために要求される前記充電電流値の大きさを要求電流値とし、前記充電電流値を前記要求電流値以上とすることが可能な前記複数の1次側コイルの使用形態を要求使用形態として、前記充電電流値に応じて前記要求使用形態が選択されることを特徴とする非接触式給電装置。
〔付記7〕:付記1〜6のいずれか一項に記載の非接触式給電装置において、前記複数の1次側コイルとして小径コイルおよび大径コイルが設けられていること、ならびに、前記大径コイルの内周側に前記小径コイルが設けられていることを特徴とする非接触式給電装置。
〔付記8〕:付記7に記載の非接触式給電装置において、前記小径コイルおよび前記大径コイルが同軸上に設けられていることを特徴とする非接触式給電装置。
〔付記9〕:付記1〜8のいずれか一項に記載の非接触式給電装置において、前記複数の1次側コイルとして第1コイルおよび第2コイルが設けられていること、前記第1コイルおよび前記第2コイルの中心線が平行していること、ならびに、前記中心線に沿う方向において前記第1コイルと前記第2コイルとが重ね合わせられていることを特徴とする非接触式給電装置。
〔付記10〕:2次側コイルを含む受電装置に交番磁束を付与するための給電装置であること、1次側コイルを含む送電装置が設けられていること、ならびに、前記1次側コイルへの電力の供給により前記1次側コイルに交番磁束が発生することを条件とする非接触式給電装置において、前記1次側コイルとして複数のコイルが設けられていること、前記複数の1次側コイルが電気的に並列接続されていること、前記複数の1次側コイルの使用形態を変更するための操作部が前記送電装置に設けられていること、ならびに、前記操作部の操作に応じて前記複数の1次側コイルの使用形態が変更されることを特徴とする非接触式給電装置。
10 :送電装置
11 :ハウジング
11A:搭載面
12 :回路基板
20 :携帯電話
21 :第1ハウジング
22 :第2ハウジング
23 :2次電池
30 :1次側コイル
31 :第1コイル
32 :第2コイル
33 :第3コイル
34 :ヨーク
35 :中央壁
36 :内側壁
37 :中側壁
38 :外側壁
39 :底壁
40 :2次側コイル
41 :コイル
42 :ヨーク
50 :1次側回路
51 :フルブリッジ回路
52 :共振回路
53 :制御部
60 :2次側回路
61 :全波整流回路
62 :制御部
70 :表示部
71 :第1表示ランプ
72 :第2表示ランプ
73 :第3表示ランプ
80 :1次側コイル
81 :コイル
82 :コイル
83 :コイル
90 :操作部
91 :操作ボタン
92 :操作ボタン
93 :操作ボタン
100:案内部
101:第1案内部
102:第2案内部
103:第3案内部
C1 :コンデンサ
C2 :コンデンサ
C3 :コンデンサ
C4 :コンデンサ
C5 :コンデンサ
D1 :第1内蔵ダイオード
D2 :第2内蔵ダイオード
D3 :第3内蔵ダイオード
D4 :第4内蔵ダイオード
D5 :第5ダイオード
D6 :第6ダイオード
D7 :第7ダイオード
D8 :第8ダイオード
E1 :直流電源
F1 :第1スイッチング素子
F2 :第2スイッチング素子
F3 :第3スイッチング素子
F4 :第4スイッチング素子
P1 :入力端子
P2 :出力端子
R1 :第1ゲート抵抗
R2 :第2ゲート抵抗
R3 :第3ゲート抵抗
R4 :第4ゲート抵抗
S1 :第1スイッチ
S2 :第2スイッチ
S3 :第3スイッチ
Claims (7)
- 電気的に並列接続される複数の1次側コイルと、
前記1次側コイルに供給する電力を制御することにより2次側コイルを含む受電装置に送電する制御部と
を備え、
前記制御部は前記送電に用いる前記1次側コイルを規定するコイル使用形態を前記受電装置から受信した信号に基づいて複数のコイル使用形態の中から選択し、
前記制御部が選択する前記コイル使用形態は前記1次側コイルに供給される電流の周波数が共振周波数に設定されるときに前記受電装置に流れる直流電流の大きさである充電電流値が所定の範囲に含まれる使用形態である
非接触式給電装置。 - 前記制御部は前記複数のコイル使用形態の中から選択したコイル使用形態により前記受電装置に送電している場合に前記充電電流値が前記所定の範囲から外れたとき、前記充電電流値が前記所定の範囲に含まれるように前記1次側コイルに供給する電流の周波数を調整する
請求項1に記載の非接触式給電装置。 - 前記制御部は前記信号に含まれる前記受電装置の充電状態または充電時間に関する情報に基づいて前記コイル使用形態を選択する
請求項1または2に記載の非接触式給電装置。 - 前記制御部は前記受電装置の充電状態または充電時間の変化にともない前記送電に用いる前記コイル使用形態を変更し、前記充電状態が満充電状態に近いときほど、または、前記充電時間が長いときほど、電力の送電量が小さい前記コイル使用形態を選択する
請求項3に記載の非接触式給電装置。 - 前記複数のコイル使用形態は前記複数の1次側コイルのうちの1つを前記送電に用いる使用形態である単独使用形態、および、前記複数の1次側コイルのうちの複数を前記送電に用いる使用形態である複合使用形態を含み、
前記制御部は前記単独使用形態を前記複合使用形態よりも優先して選択する
請求項3または4に記載の非接触式給電装置。 - 前記制御部は前記信号に含まれる前記受電装置の種類に関する情報に基づいて前記コイル使用形態を選択する
請求項1または2に記載の非接触式給電装置。 - 前記制御部は前記受電装置への送電を開始する前に前記1次側コイルにテスト電流を供給し、前記信号に含まれる前記充電電流値に関する情報であり前記テスト電流に対応する前記充電電流値に関する情報に基づいて前記コイル使用形態を選択する
請求項1または2に記載の非接触式給電装置。
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