JP5794056B2 - 給電装置および給電システム - Google Patents
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Description
1.第1の実施の形態(交流電流,交流電圧から求められるインピーダンスを用いる例)
2.第2の実施の形態(直流電流,直流電圧から求められる直流抵抗を用いる例)
3.第1,第2の実施の形態に共通の変形例
変形例1,2(制御信号の周波数について複数種類の値を用いる例)
変形例3,4(制御信号のデューティ比について複数種類の値を用いる例)
変形例5,6(制御信号の周波数,デューティ比について複数種類の値を用いる例)
4.その他の変形例
[給電システム4の全体構成]
図1は、本開示の第1の実施の形態に係る給電システム(給電システム4)の外観構成例を表したものであり、図2は、この給電システム4のブロック構成例を表したものである。給電システム4は、磁界を用いて(例えば電磁誘導や磁界共鳴等を利用して;以下同様)、非接触に電力伝送(電力供給,給電)を行うシステム(非接触型の給電システム)である。この給電システム4は、給電装置1(1次側機器)と、給電対象機器としての1または複数の電子機器(ここでは2つの電子機器2A,2B;2次側機器)とを備えている。
給電装置1は、上記したように、磁界を用いて電子機器2A,2Bに対して電力伝送を行うもの(充電トレー)である。この給電装置1は、例えば図2に示したように、送電部110、電源回路111、高周波電力発生回路(交流信号発生回路)112、電流・電圧検出部113、制御部114およびキャパシタC1(容量素子)を有する送電装置11を備えている。これらのうち、電流・電圧検出部113および制御部114が、本開示における「検出部」の一具体例に対応し、制御部114が本開示における「制御部」の一具体例に対応する。
電子機器2A,2Bは、例えば、テレビ受像機に代表される据え置き型電子機器や、携帯電話やデジタルカメラに代表される、充電池(バッテリー)を含む携帯型の電子機器等からなる。これらの電子機器2A,2Bは、例えば図2に示したように、受電装置21と、この受電装置21から供給される電力に基づいて所定の動作(電子機器としての機能を発揮させる動作)を行う負荷22とを備えている。また、受電装置21は、受電部210、整流・平滑回路211、電圧安定化回路212およびキャパシタ(容量素子)C2を有している。
図3は、送電部110、キャパシタC1、高周波電力発生回路112、電流・電圧検出部113(電流検出部113Iおよび電圧検出部113V)、受電部210、ならびにキャパシタC2の詳細構成例を回路図で表したものである。
(1.全体動作の概要)
この給電システム4では、給電装置1において、高周波電力発生回路112が送電部110内の送電コイルL1およびキャパシタC1に対して、電力伝送を行うための所定の高周波電力(交流信号)を供給する。これにより、送電部110内の送電コイルL1において磁界(磁束)が発生する。このとき、給電装置1の上面(給電面S1)に、給電対象機器(充電対象機器)としての電子機器2A,2Bが置かれる(または近接する)と、給電装置1内の送電コイルL1と電子機器2A,2B内の受電コイルL2とが、給電面S1付近にて近接する。
次に、図4〜図10を参照して、本実施の形態の給電装置1(送電装置11)における動作(給電対象機器としての電子機器2A,2B(2次側機器)の検出動作等)について説明する。図4は、この給電装置1における動作の一例を流れ図で表わしたものである。
|Z1|=(V1/I1) ……(1)
f0=1/{2π×√(L1×C1)} ……(2)
C1=(C1s×C1p)/(C1s+C1p) ……(3)
続いて、本開示の第2の実施の形態について説明する。なお、上記第1の実施の形態と同一の構成要素については同一符号を付し、その説明を適宜省略する。
図11は、第2の実施の形態に係る給電システム(給電システム4A)の全体のブロック構成例を表したものである。本実施の形態の給電システム4Aもまた、磁界を用いて非接触に電力伝送を行う給電システムであり、給電装置1A(1次側機器)と、給電対象機器としての1または複数の電子機器(ここでは2つの電子機器2A,2B;2次側機器)とを備えている。すなわち、この給電システム4Aは、第1の実施の形態の給電システム4において、給電装置1の代わりに給電装置1Aを備えたものであり、他の構成は同様となっている。
給電装置1Aは、給電装置1と同様に、磁界を用いて電子機器2A,2Bに対して電力伝送を行うものである。この給電装置1Aは、送電部110、電源回路111、高周波電力発生回路112、電流・電圧検出部113A、制御部114およびキャパシタC1を有する送電装置11Aを備えている。すなわち、この送電装置11Aは、第1の実施の形態で説明した送電装置11において、電流・電圧検出部113の代わりに電流・電圧検出部113Aを設けたものとなっている。なお、電流・電圧検出部113Aおよび制御部114が、本開示における「検出部」の一具体例に対応している。
R2=(V2/I2) ……(4)
具体的には、例えば図12に示した本実施の形態の給電装置1A(送電装置11A)の動作例のように、制御部114は、第1の実施の形態で説明したインピーダンスZ1の絶対値|Z1|、その変化量ΔZおよびその閾値ΔZthの代わりに、上記した直流抵抗値R2、その変化量ΔRおよびその閾値ΔRthを用いる(ステップS202〜S204)。
続いて、上記第1,第2の実施の形態に共通の変形例(変形例1〜6)について説明する。なお、これらの実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
図13(A)は、変形例1に係る検出期間Td1,Td2および非検出期間Tsをタイミング図で表わしたものであり、図13(B)は、変形例2に係る検出期間Td1,Td2および非検出期間Tsをタイミング図で表わしたものである。これらの変形例1,2では、以下説明するように、制御信号CTLにおける周波数(CTL(f))について、複数種類の値(ここでは、2種類の周波数f1,f2)を用いている。すなわち、制御部114は、制御信号CTLにおける周波数(CTL(f))について複数種類の値を用いて、インピーダンスの変化量を調整している。
図14(A)は、変形例3に係る検出期間Td1,Td3および非検出期間Tsをタイミング図で表わしたものであり、図14(B)は、変形例4に係る検出期間Td1,Td3および非検出期間Tsをタイミング図で表わしたものである。これらの変形例3,4では、以下説明するように、制御信号CTLにおけるデューティ比(CTL(D))について、複数種類の値(ここでは、2種類のデューティ比Duty1,Duty2)を用いている。
図15(A)は、変形例5に係る検出期間Td1,Td4および非検出期間Tsをタイミング図で表わしたものであり、図15(B)は、変形例6に係る検出期間Td1,Td4および非検出期間Tsをタイミング図で表わしたものである。これらの変形例5,6では、以下説明するように、制御信号CTLの周波数(CTL(f))およびデューティ比(CTL(D))の双方について、複数種類の値(ここでは、2種類の周波数f1,f2、および、2種類のデューティ比Duty1,Duty2)を用いている。すなわち、これらの変形例5,6は、上記した変形例1,2と変形例3,4とを組み合わせたものとなっている。
以上、いくつかの実施の形態および変形例を挙げて本開示の技術を説明したが、本技術はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。
(1)
磁界を用いて電力伝送を行う送電部と、
前記送電部による給電対象機器が近傍に存在するのか否かを検出する検出部と
を備え、
前記検出部は、前記送電部付近でのインピーダンスの変化を利用して、前記給電対象機器を検出する
給電装置。
(2)
前記検出部は、前記インピーダンスの増加量に基づいて、前記給電対象機器の有無を判断する
上記(1)に記載の給電装置。
(3)
前記検出部は、前記インピーダンスの増加量を所定の閾値と比較することにより、前記給電対象機器の有無を判断する
上記(2)に記載の給電装置。
(4)
前記検出部は、
前記インピーダンスの増加量が前記閾値よりも大きいときには、前記給電対象機器が近傍に存在すると判断すると共に、
前記インピーダンスの増加量が前記閾値以下であるときには、前記給電対象機器が近傍に存在しないと判断する
上記(3)に記載の給電装置。
(5)
前記検出部は、前記インピーダンスが減少する変化を示す場合には、前記給電対象機器とは異なる異物が近傍に存在すると判断する
上記(2)ないし(4)のいずれかに記載の給電装置。
(6)
前記電力伝送を行うための高周波電力を発生する高周波電力発生部と、
所定の周波数およびデューティ比を有する制御信号を用いて、前記高周波電力発生部を駆動する制御部と
を備えた上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の給電装置。
(7)
前記制御部は、前記制御信号における前記周波数および前記デューティ比のうちの少なくとも一方を制御することにより、前記インピーダンスの変化量を調整する
上記(6)に記載の給電装置。
(8)
前記制御部は、前記周波数および前記デューティ比のうちの少なくとも一方について複数種類の値を用いて、前記インピーダンスの変化量を調整する
上記(6)または(7)に記載の給電装置。
(9)
前記制御部は、前記デューティ比の変化に応じて前記インピーダンスの周波数特性における高調波成分の大きさが変化することを考慮して、前記インピーダンスの変化量を調整する
上記(7)または(8)に記載の給電装置。
(10)
前記制御部は、前記給電対象機器の検出期間内で、前記複数種類の値を1つずつ順次用いる
上記(8)または(9)に記載の給電装置。
(11)
前記制御部は、前記給電対象機器の検出期間ごとに、前記複数種類の値のうちの1つを選択的に用いる
上記(8)または(9)に記載の給電装置。
(12)
前記高周波電力発生部が、スイッチング素子を含むスイッチングアンプを用いて構成され、
前記制御部は、前記制御信号を用いて、前記スイッチング素子のオン・オフ動作を制御する
上記(6)ないし(11)のいずれかに記載の給電装置。
(13)
前記検出部は、前記インピーダンスとして、前記スイッチングアンプの負荷インピーダンスを用いる
上記(12)に記載の給電装置。
(14)
前記送電部は、前記検出部によって前記給電対象機器が検出された後に、前記電力伝送を開始する
上記(1)ないし(13)のいずれかに記載の給電装置。
(15)
前記検出部は、前記電力伝送の開始後においても、前記給電対象機器の検出を定期的に実行する
上記(14)に記載の給電装置。
(16)
前記検出部は、前記給電対象機器の検出を間欠的に行う
上記(1)ないし(15)のいずれかに記載の給電装置。
(17)
前記給電対象機器の検出期間同士の間隔が、任意に制御可能となっている
上記(16)に記載の給電装置。
(18)
前記検出部は、前記インピーダンスとして、前記送電部付近での交流電流および交流電圧により求められるインピーダンスを用いる
上記(1)ないし(17)のいずれかに記載の給電装置。
(19)
前記検出部は、前記インピーダンスとして、前記送電部付近での直流電流および直流電圧により求められる直流抵抗値を用いる
上記(1)ないし(17)のいずれかに記載の給電装置。
(20)
1または複数の電子機器と、
前記電子機器に対して電力伝送を行う給電装置と
を備え、
前記給電装置は、
磁界を用いて前記電力伝送を行う送電部と、
前記送電部による給電対象機器としての前記電子機器が近傍に存在するのか否かを検出する検出部と
を有し、
前記検出部は、前記送電部付近でのインピーダンスの変化を利用して、前記給電対象機器を検出する
給電システム。
Claims (18)
- 磁界を用いて電力伝送を行う送電部と、
前記送電部側でのインピーダンスの変化を利用して、前記送電部による給電対象機器が近傍に存在するのか否かを検出する検出部と
を備え、
前記検出部は、
前記インピーダンスの増加量に基づいて、前記給電対象機器の有無を判断すると共に、
前記インピーダンスが減少する変化を示す場合には、前記給電対象機器とは異なる異物が近傍に存在すると判断する
給電装置。 - 前記検出部は、前記インピーダンスの増加量を所定の閾値と比較することにより、前記給電対象機器の有無を判断する
請求項1に記載の給電装置。 - 前記検出部は、
前記インピーダンスの増加量が前記閾値よりも大きいときには、前記給電対象機器が近傍に存在すると判断すると共に、
前記インピーダンスの増加量が前記閾値以下であるときには、前記給電対象機器が近傍に存在しないと判断する
請求項2に記載の給電装置。 - 前記電力伝送を行うための高周波電力を発生する高周波電力発生部と、
所定の周波数およびデューティ比を有する制御信号を用いて、前記高周波電力発生部を駆動する制御部と
を備えた請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の給電装置。 - 前記制御部は、前記制御信号における前記周波数および前記デューティ比のうちの少なくとも一方を制御することにより、前記インピーダンスの変化量を調整する
請求項4に記載の給電装置。 - 前記制御部は、前記周波数および前記デューティ比のうちの少なくとも一方について複数種類の値を用いて、前記インピーダンスの変化量を調整する
請求項4または請求項5に記載の給電装置。 - 前記制御部は、前記デューティ比の変化に応じて前記インピーダンスの周波数特性における高調波成分の大きさが変化することを考慮して、前記インピーダンスの変化量を調整する
請求項5または請求項6に記載の給電装置。 - 前記制御部は、前記給電対象機器の検出期間内で、前記複数種類の値を1つずつ順次用いる
請求項6に記載の給電装置。 - 前記制御部は、前記給電対象機器の検出期間ごとに、前記複数種類の値のうちの1つを選択的に用いる
請求項6に記載の給電装置。 - 前記高周波電力発生部が、スイッチング素子を含むスイッチングアンプを用いて構成され、
前記制御部は、前記制御信号を用いて、前記スイッチング素子のオン・オフ動作を制御する
請求項4ないし請求項9のいずれか1項に記載の給電装置。 - 前記検出部は、前記インピーダンスとして、前記スイッチングアンプの負荷インピーダンスを用いる
請求項10に記載の給電装置。 - 前記送電部は、前記検出部によって前記給電対象機器が検出された後に、前記電力伝送を開始する
請求項1ないし請求項11のいずれか1項に記載の給電装置。 - 前記検出部は、前記電力伝送の開始後においても、前記給電対象機器の検出を定期的に実行する
請求項12に記載の給電装置。 - 前記検出部は、前記給電対象機器の検出を間欠的に行う
請求項1ないし請求項13のいずれか1項に記載の給電装置。 - 前記給電対象機器の検出期間同士の間隔が、任意に制御可能となっている
請求項14に記載の給電装置。 - 前記検出部は、前記インピーダンスとして、前記送電部側での交流電流および交流電圧により求められるインピーダンスを用いる
請求項1ないし請求項15のいずれか1項に記載の給電装置。 - 前記検出部は、前記インピーダンスとして、前記送電部側での直流電流および直流電圧により求められる直流抵抗値を用いる
請求項1ないし請求項15のいずれか1項に記載の給電装置。 - 1または複数の電子機器と、
前記電子機器に対して電力伝送を行う給電装置と
を備え、
前記給電装置は、
磁界を用いて前記電力伝送を行う送電部と、
前記送電部側でのインピーダンスの変化を利用して、前記送電部による給電対象機器としての前記電子機器が近傍に存在するのか否かを検出する検出部と
を有し、
前記検出部は、
前記インピーダンスの増加量に基づいて、前記給電対象機器の有無を判断すると共に、
前記インピーダンスが減少する変化を示す場合には、前記給電対象機器とは異なる異物が近傍に存在すると判断する
給電システム。
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