JP5842106B2 - Contactless power supply system - Google Patents
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Description
この発明は、非接触で受電装置に給電する非接触給電システムに関する。 The present invention relates to a non-contact power supply system that supplies power to a power receiving device in a non-contact manner.
従来、給電装置から受電装置へ非接触にて給電を行う非接触給電システムが存在する(例えば、特許文献1参照)。従来の非接触給電システムにおいては、給電の実行にあたって、受電装置を給電装置における決まった位置に設置する。この状態においてのみ、給電装置から受電装置への給電が行われる。 Conventionally, there is a non-contact power feeding system that feeds power from a power feeding device to a power receiving device in a contactless manner (see, for example, Patent Document 1). In the conventional non-contact power feeding system, the power receiving device is installed at a fixed position in the power feeding device when performing power feeding. Only in this state, power is supplied from the power supply apparatus to the power reception apparatus.
近年、さらなるユーザの利便性の向上を図るべく、給電装置の上面(給電面)における任意の位置に受電装置を設置するだけで、この受電装置への給電が可能となる、いわゆるフリーレイアウト型の非接触給電システムが検討されている(例えば、特許文献2参照)。 In recent years, in order to further improve the convenience of users, a so-called free-layout type that can supply power to the power receiving device only by installing the power receiving device at an arbitrary position on the upper surface (power feeding surface) of the power feeding device. A non-contact power feeding system has been studied (see, for example, Patent Document 2).
図10(a)に示すように、フリーレイアウト型の非接触給電システムにおける給電装置10の内部には、その給電板6に沿って複数の1次コイルL1が配列されている。また、受電装置30には2次コイルL2が設けられている。図10(a)においては、2次コイルL2が1次コイルL1に正対した状態にある。この1次コイルL1は動作周波数f1にて励磁される。励磁された1次コイルL1からの磁束の変化に基づき2次コイルL2には誘起電流が生じる。この誘起電流が受電装置の出力電力である。このように、電磁誘導を利用して給電装置10から受電装置30に非接触で電力が供給される。
As shown in FIG. 10A, a plurality of primary coils L <b> 1 are arranged along the
従来の非接触給電システム(フリーレイアウト型でないシステム)においては、図11に示すように、1次コイルL1の動作周波数f1は、2次コイルL2が1次コイルL1に正対したときの共振系における共振周波数frに一致するように設定される。この共振周波数frは、2次コイルL2の共振周波数である。従来の非接触給電システムにおいては、受電装置は給電装置に対して決まった位置に設置されるため、給電時には常に2次コイルL2を1次コイルL1に正対させることができる。よって、動作周波数f1を共振周波数frとすることで受電装置30において最大の出力電力W1を得ることができる。
In the conventional non-contact power feeding system (non-free layout type system), as shown in FIG. 11, the operating frequency f1 of the primary coil L1 is the resonance system when the secondary coil L2 faces the primary coil L1. Is set to coincide with the resonance frequency fr. This resonance frequency fr is the resonance frequency of the secondary coil L2. In the conventional non-contact power feeding system, the power receiving device is installed at a fixed position with respect to the power feeding device, so that the secondary coil L2 can always face the primary coil L1 during power feeding. Therefore, the maximum output power W1 can be obtained in the
一方、上記フリーレイアウト型の非接触給電システムにおいては、給電装置10の給電板6であれば、受電装置30を特に決まった位置に設置する必要がない。従って、このシステムにおいては、図10(b)に示すように、2次コイルL2が互いに隣接する2つの1次コイルL1間に位置する場合もある。2次コイルL2が1次コイルL1に正対した状態においては漏れインダクタンスLeは最小となる。そして、2次コイルL2が正対位置から給電板6に沿ってずれていくにつれて漏れインダクタンスLeが増加する。
On the other hand, in the above-described free layout type non-contact power feeding system, if the
共振周波数frは、漏れインダクタンスLeが大きくなるほど小さくなることが知られている。従って、図11の矢印で示すように、1次コイルL1に対する2次コイルL2の位置ずれに応じて共振系とともに共振周波数frが小さくなる。 It is known that the resonance frequency fr decreases as the leakage inductance Le increases. Therefore, as shown by the arrow in FIG. 11, the resonance frequency fr decreases with the resonance system according to the positional deviation of the secondary coil L2 with respect to the primary coil L1.
このため、2次コイルL2が2つの1次コイルL1間に位置しているときの出力電力W2は、正対位置にあるときの出力電力W1に比べて大幅に低下する。このように、フリーレイアウト型の非接触給電システムにおいては受電装置30の設置位置に応じて受電装置30における出力電力のばらつきが大きく、安定した出力電力を確保することが困難であった。
For this reason, the output power W2 when the secondary coil L2 is located between the two primary coils L1 is significantly lower than the output power W1 when it is in the directly-facing position. As described above, in the free layout type non-contact power feeding system, the output power in the
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、2次コイルの位置に関わらず安定した出力電力を確保できる非接触給電システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a non-contact power feeding system capable of ensuring stable output power regardless of the position of a secondary coil.
上記課題を解決するために、本発明の非接触給電システムは、動作周波数にて振動する交流電流が供給されることで交番磁束を発生させる1次コイルが給電面に沿って複数配置される給電装置と、前記給電面に設置された状態において、前記1次コイルからの交番磁束に基づき誘起電力を発生させ、その電力を負荷に供給する2次コイルを有する受電装置と、を備えた、前記2次コイルにおける共振現象を利用する非接触給電システムにおいて、前記2次コイルの前記1次コイルに対する位置を判断するコイル位置判断部と、前記動作周波数に対する前記2次コイルにおける共振周波数の値を切り替える切替回路と、前記コイル位置判断部の判断結果に基づき、前記切替回路を通じて前記共振周波数を前記動作周波数に対応する値とする制御回路と、を備え、前記コイル位置判断部は、前記1次コイル毎に設けられるとともに、前記給電面における前記受電装置に対して光を放射する発光素子と、前記発光素子に対応して設けられるとともに、前記給電面における前記受電装置に前記光が放射されたときの反射光の有無を検出する受光素子と、前記各受光素子のうち反射光がある旨検出した前記受光素子の数に基づき、前記2次コイルの前記1次コイルに対する位置を判断する判断部と、を備える。 In order to solve the above problems, a contactless power feeding system according to the present invention is a power feeding system in which a plurality of primary coils that generate alternating magnetic flux by being supplied with an alternating current that vibrates at an operating frequency are disposed along a power feeding surface. A power receiving device having a secondary coil that generates an induced power based on an alternating magnetic flux from the primary coil and supplies the power to a load in a state where the device is installed on the power feeding surface, In a non-contact power feeding system using a resonance phenomenon in a secondary coil, a coil position determination unit that determines a position of the secondary coil with respect to the primary coil, and a value of a resonance frequency in the secondary coil with respect to the operating frequency are switched. a switching circuit, based on a determination result of the coil position determination unit, a control to a value corresponding to the resonant frequency to the operating frequency through said switching circuit Comprising a road, wherein the coil position determination unit is provided in an each of the primary coil, and a light emitting element for emitting light to the power receiving device in the feeding plane, provided corresponding to said light emitting element In addition, based on the number of light receiving elements that detect the presence of reflected light among the light receiving elements, the light receiving elements that detect the presence or absence of reflected light when the light is emitted to the power receiving device on the power supply surface, a determination unit for determining position relative to the primary coil of the secondary coil, Ru comprising a.
また、上記構成において、前記切替回路は、前記2次コイルに直列接続されるとともに、互いに直列接続されるコンデンサ及びスイッチング素子が複数組設けられ、その各組が並列に接続され、前記各スイッチング素子のオンオフ状態の切り替えを通じて前記動作周波数に対する前記共振周波数の値を切り替えることが好ましい。 Further, in the above configuration, the switching circuit is connected in series to the secondary coil, and a plurality of capacitors and switching elements connected in series are provided, and each set is connected in parallel. It is preferable to switch the value of the resonance frequency with respect to the operating frequency through switching of the on / off state.
本発明によれば、非接触給電システムにおいて、2次コイルの位置に関わらず安定した出力電力を確保できる。 According to the present invention, stable output power can be ensured regardless of the position of the secondary coil in the non-contact power feeding system.
(第1の実施形態)
以下、本発明の非接触給電システムを具体化した第1の実施形態を図1〜図6を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment embodying the non-contact power feeding system of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1に示すように、非接触給電システムは、給電装置10と、受電装置30とを備える。本例では、受電装置30は、携帯端末40に内蔵されている。以下、給電装置10及び受電装置30の具体的構成について説明する。
As shown in FIG. 1, the non-contact power feeding system includes a
(給電装置)
図2に示すように、給電装置10は平板状の筐体5を有している。筐体5の上面には携帯端末40が設置される給電板6が形成されている。筐体5の内部には、36個の1次コイルL1が給電板6の全域に亘って配置される。1次コイルL1は、給電板6において6行×6列のマトリックス状に配置されている。
(Power supply device)
As shown in FIG. 2, the
図1に示すように、給電装置10は、単一の共通ユニット11と、この共通ユニット11にそれぞれ接続される複数(本例では1次コイルL1と同数の36個)の給電ユニット15と、を備える。
As shown in FIG. 1, the
共通ユニット11は、電源回路13と、共通制御回路12と、メモリ14とを備える。電源回路13は、外部電源からの交流電力を適切な直流電圧に変換し、その直流電圧を動作電力として各給電ユニット15及び共通ユニット11に供給する。メモリ14には、受電装置30に固有のIDコードが記憶されている。
The
共通制御回路12は、マイクロコンピュータで構成されるとともに、各給電ユニット15への各種指令信号を通じて給電装置10を統括制御する。
給電ユニット15は、ユニット制御回路19と、励磁駆動回路16と、電圧検出回路17と、1次側通信回路18とを備える。
The common control circuit 12 is composed of a microcomputer and controls the
The
励磁駆動回路16には、1次コイルL1の両端が接続されている。そして、1次コイルL1の一端及び励磁駆動回路16間にはコンデンサC1が接続されている。また、1次側通信回路18には1次側通信用コイルL3の両端が接続されている。
Both ends of the primary coil L1 are connected to the
ユニット制御回路19は、共通制御回路12からの給電を要求する旨の指令信号を受けると、励磁駆動回路16の制御を実行する。励磁駆動回路16は、ユニット制御回路19による制御を通じて、動作周波数f1の交流電流を生成し、それを1次コイルL1及びコンデンサC1に供給する。これにより、1次コイルL1は励磁される。このとき、1次コイルL1からの磁束は変化する。
When the
電圧検出回路17は1次コイルL1に接続されている。この電圧検出回路17は、1次コイルL1の電圧を検出するとともに、その検出結果をユニット制御回路19に出力する。
The
ユニット制御回路19は1次コイルL1に高周波電流を供給し、そのときの電圧検出回路17の検出結果に基づき、1次コイルL1の周辺に物体が存在するか否かの存在検知を行う。
The
詳しくは、1次コイルL1の磁束方向に2次コイルL2が存在する場合には、励磁される1次コイルL1はその2次コイルL2と磁気結合することで1次コイルL1からみたインピーダンスが増加する。このため、1次コイルL1の電圧が低下する。 Specifically, when the secondary coil L2 is present in the direction of the magnetic flux of the primary coil L1, the excited primary coil L1 is magnetically coupled to the secondary coil L2, thereby increasing the impedance viewed from the primary coil L1. To do. For this reason, the voltage of the primary coil L1 falls.
ユニット制御回路19は、電圧検出回路17の検出結果に基づき、1次コイルL1に対する2次コイルL2の磁気結合の度合いを存在検知レベルとして算出する。この存在検知レベルは、1次コイルL1の軸方向における2次コイルL2と1次コイルL1との距離が一定の場合には、この軸方向からみて、2次コイルL2と1次コイルL1とが重なる面積に応じた値となる。存在検知レベルは、1次コイルL1に2次コイルL2が全く重なっていない場合には「0.0」と算出され、1次コイルL1の全域に亘って2次コイルL2が重なっているときには「1.0」と算出される。
Based on the detection result of the
ユニット制御回路19は、算出された存在検知レベルに基づき、1次コイルL1の周辺に物体が存在する旨判断したとき、その存在検知レベルを含む情報信号を1次側通信回路18に出力する。1次側通信回路18は、情報信号を変調し、その変調した信号を1次側通信用コイルL3を介して無線送信する。
When the
また、ユニット制御回路19は、存在検知レベルに基づき、1次コイルL1の周辺に物体が存在する旨判断したとき、その存在検知レベルを共通制御回路12に出力する。共通制御回路12は、ユニット制御回路19から存在検知レベルを受けると、ユニット制御回路19を通じてID要求信号を生成し、その生成した信号を1次側通信回路18に出力する。1次側通信回路18は、ID要求信号を変調し、その変調した信号を1次側通信用コイルL3を介して無線送信する。
Further, when the
1次側通信用コイルL3は、受電装置30からのID信号を電磁誘導を利用して受信すると、その受信信号を1次側通信回路18に出力する。1次側通信回路18は、ID信号を復調し、その復調した信号をユニット制御回路19を通じて共通制御回路12に出力する。共通制御回路12は、ID信号に含まれるIDコードと、メモリ14に記憶されるIDコードとの照合を行う。共通制御回路12は、IDコードの照合が成立した旨判断したとき、物体が正規の受電装置30であるとして上述のように給電を実行する。
When receiving the ID signal from the
(受電装置)
図1に示すように、受電装置30は、整流回路31と、DC/DCコンバータ35と、2次側通信回路32と、2次側制御回路33と、メモリ34と、共振系切替回路41と、スイッチ駆動回路38と、を備える。
(Power receiving device)
As shown in FIG. 1, the
2次側通信回路32には2次側通信用コイルL4の両端が接続されている。2次コイルL2は、1次コイルL1からの磁束の変化に基づき電流を誘起する。整流回路31は、2次コイルL2に誘起される交流電力を整流する。DC/DCコンバータ35は、整流回路31からの直流電圧を携帯端末40の動作に適切な値に変換する。この直流電圧は、例えば携帯端末40の動作電源である2次電池(図示略)の充電に利用される。
The secondary
2次側制御回路33は、マイクロコンピュータで構成されるとともに、整流回路31からの電力の一部を受けて動作する。また、メモリ34には、受電装置30に固有のIDコードが記憶されている。
The secondary
整流回路31には、2次コイルL2の両端が接続されている。また、2次コイルL2の一端及び整流回路31間には共振系切替回路41が接続されている。2次側通信用コイルL4は、電磁誘導を利用して1次側通信用コイルL3からのID要求信号又は情報信号を受信すると、その受信信号を2次側通信回路32に出力する。2次側通信回路32は、ID要求信号又は情報信号を復調し、その復調した信号を2次側制御回路33に出力する。
The
2次側制御回路33は、ID要求信号を認識すると、メモリ34に記憶されるIDコードを含むID信号を生成し、その生成した信号を2次側通信回路32に出力する。2次側通信回路32は、ID信号を変調し、その変調した信号を2次側通信用コイルL4を介して無線送信する。
When the
2次側制御回路33は、情報信号を認識すると、その信号に含まれる存在検知レベルに基づき、スイッチ駆動回路38を通じて共振系切替回路41の状態を切り替える。以下、共振系切替回路41について詳細に説明する。
When the
図3に示すように、共振系切替回路41は、3つのコンデンサC2a〜C2cと、第1〜第3のフォトMOS(Metal Oxide Semiconductor)42a〜42cとを備える。コンデンサC2a及びフォトMOS42aは直列接続され、コンデンサC2b及びフォトMOS42bは直列接続され、コンデンサC2c及びフォトMOS42cは直列接続されている。各直列接続されたコンデンサ及びフォトMOSは、それぞれ並列接続されている。
As shown in FIG. 3, the resonance
第1〜第3のフォトMOS42a〜42cは、発光ダイオード43と、光発電セル44と、2つのFET(電界効果トランジスタ:Field-Effect Transistor)45a,45bとを備える。各発光ダイオード43はスイッチ駆動回路38に接続されている。また、光発電セル44は、両FET45a,45bのゲート端子に接続されている。また、FET45a,45bのドレイン端子及びソース端子は2次コイルL2及び整流回路31間の接続線に接続されている。
The first to
スイッチ駆動回路38は、2次側制御回路33からの指令信号に基づき発光ダイオード43を点灯させる。光発電セル44は、発光ダイオード43からの光を受けると、FET45a,45bのゲート端子に一定電圧を印加する。これにより、FET45a,45bのドレイン端子及びソース端子間が導通状態となる。これが第1〜第3のフォトMOS42a〜42cのオン状態である。
The
ここで、図5(a)〜(c)に示すように、存在検知レベルに基づき2次コイルL2が1次コイルL1に対して正対位置、第1の位置及び第2の位置のうち何れの位置に存在しているかが判断可能である。具体的には、図5(a)に示すように、存在検知レベルが0.9以上のとき、2次コイルL2が1次コイルL1に対して正対位置に存在していると判断可能である。また、図5(b)に示すように、存在検知レベルが0.7以上0.9未満のとき、2次コイルL2が1次コイルL1に対して第1の位置に存在している旨判断可能である。また、図5(c)に示すように、存在検知レベルが0.7未満のとき、2次コイルL2が1次コイルL1に対して第2の位置に存在している旨判断可能である。 Here, as shown in FIGS. 5A to 5C, based on the presence detection level, the secondary coil L2 is any of the directly-facing position, the first position, and the second position with respect to the primary coil L1. Can be determined. Specifically, as shown in FIG. 5A, when the presence detection level is 0.9 or more, it can be determined that the secondary coil L2 is present at the directly facing position with respect to the primary coil L1. is there. Further, as shown in FIG. 5B, when the presence detection level is 0.7 or more and less than 0.9, it is determined that the secondary coil L2 is present at the first position with respect to the primary coil L1. Is possible. Further, as shown in FIG. 5C, when the presence detection level is less than 0.7, it can be determined that the secondary coil L2 is present at the second position with respect to the primary coil L1.
このように、存在検知レベルを通じて2次コイルL2の位置が判断可能である。従って、本例では、存在検知レベルを算出するための構成である給電装置10におけるユニット制御回路19、1次コイルL1及び電圧検出回路17がコイル位置判断部に相当する。
Thus, the position of the secondary coil L2 can be determined through the presence detection level. Therefore, in this example, the
図4の表に示すように、2次側制御回路33は、情報信号に含まれる存在検知レベルに基づき、第1〜第3のフォトMOS42a〜42cのオンオフ状態を切り替える。以下、
存在検知レベル、すなわち1次コイルL1に対する2次コイルL2の位置に応じて、各フォトMOS42a〜42cの状態を切り替える理由について説明する。
As shown in the table of FIG. 4, the secondary
The reason why the states of the
図6には1次コイルL1の動作周波数に応じた受電装置30の出力電力を示す共振系が示されている。同図に示すように、1次側共振周波数fa及び2次側共振周波数fbの2つの共振周波数が存在する。これら共振周波数fa,fbは2次コイルL2が1次コイルL1に正対した位置にあるときの共振周波数である。
FIG. 6 shows a resonance system indicating the output power of the
ここで、動作周波数f1を1次側共振周波数faの近傍に設定した場合には、両コイルL1,L2が磁気結合した状態でのインピーダンスが過度に低下することで回路効率が低下する。従って、本例では2次側共振周波数fbを利用するべく、1次コイルL1に供給される動作周波数f1は2次側共振周波数fbの近傍に設定される。共振周波数は以下の式から導出される。 Here, when the operating frequency f1 is set in the vicinity of the primary resonance frequency fa, the impedance in the state where both the coils L1 and L2 are magnetically coupled is excessively reduced, thereby reducing the circuit efficiency. Therefore, in this example, the operating frequency f1 supplied to the primary coil L1 is set in the vicinity of the secondary resonance frequency fb in order to use the secondary resonance frequency fb. The resonance frequency is derived from the following equation.
2次側制御回路33は、第1〜第3のフォトMOS42a〜42cのオンオフ状態の切り替えを通じて、動作周波数f1に対する共振系のずれを抑制する。すなわち、2次側制御回路33は、存在検知レベルが0.9以上のとき2次コイルL2が正対位置にあるとして、第1〜第3のフォトMOS42a〜42cをオン状態とする。このとき、3つのコンデンサC2a〜C2cが有効となるため、上記式(1)の容量Cが最大となる。この場合、図6の実線で示す正対位置の共振系となって、動作周波数f1で1次コイルL1を励磁することで出力電力W1を得ることができる。
The secondary
また、2次側制御回路33は、存在検知レベルが0.7以上0.9未満のとき、2次コイルL2が第1の位置にあるとして、第1及び第2のフォトMOS42a,42bをオン状態とし、第3のフォトMOS42cをオフ状態とする。このとき、2つのコンデンサC2a,C2bが有効となるため、上記式(1)の容量Cは、上記正対位置の場合より小さくなる。これにより、共振系は図6において一定値A1だけ右側に移動する。この一定値A1は、2次コイルL2が正対位置から第1の位置へずれた場合における漏れインダクタンスLeの増大に伴う共振系の左側へのずれ量と同一値である。換言すると、同一値となるようにコンデンサC2cの容量が設定されている。従って、漏れインダクタンスLeの増大に伴う共振系のずれが、容量Cの減少によって相殺される。この結果、2次コイルL2が第1の位置となった場合であっても共振系の位置は変化しない。このため、第1の位置においても出力電力W1を得ることができる。
Further, when the presence detection level is 0.7 or more and less than 0.9, the secondary
また、2次側制御回路33は、存在検知レベルが0.7未満のとき、2次コイルL2が第2の位置にあるとして、第1のフォトMOS42aをオン状態とし、第2及び第3のフォトMOS42b,42cをオフ状態とする。このとき、コンデンサC2aのみが有効となるため、上記式(1)の容量Cは、上記第1の位置における場合よりさらに小さくなる。これにより、共振系は図6において一定値A2だけ右側に移動する。この一定値A2は、2次コイルL2が正対位置から第2の位置へずれた場合における漏れインダクタンスLeの増大に伴う共振系の左側へのずれ量と同一値である。換言すると、同一値となるようにコンデンサC2b,C2cの容量が設定されている。従って、漏れインダクタンスLeの増大に伴う共振系のずれが、容量Cの減少によって相殺される。この結果、2次コイルL2が第2の位置となった場合であっても共振系の位置は変化しない。このため、第2の位置においても出力電力W1を得ることができる。よって、2次コイルL2の位置に関わらず、より安定した受電装置30の出力を得ることができる。
Further, when the presence detection level is less than 0.7, the secondary
以上、説明した実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
(1)2次コイルL2の1次コイルL1に対する位置に応じて、有効とするコンデンサC2a〜C2cの切り替えを通じて上記式(1)の容量Cを変化させることで、動作周波数f1に対する共振系の位置が一定に保たれる。よって、2次コイルL2の位置に関わらず、より安定した受電装置30の出力を得ることができる。
As described above, according to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) The position of the resonance system with respect to the operating frequency f1 is changed by changing the capacitance C of the above equation (1) through switching of the effective capacitors C2a to C2c according to the position of the secondary coil L2 with respect to the primary coil L1. Is kept constant. Therefore, a more stable output of the
(2)容量Cを変化させることで動作周波数f1に対する共振系の位置を設定している。これにより、例えば動作周波数f1が予め規格等により定まっている場合であっても、動作周波数f1を規格に則した値に固定しつつ、より安定した受電装置30の出力を得ることができる。
(2) The position of the resonance system with respect to the operating frequency f1 is set by changing the capacitance C. Accordingly, for example, even when the operating frequency f1 is determined in advance by a standard or the like, it is possible to obtain a more stable output of the
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態について、図7〜図9を参照して説明する。この実施形態の非接触給電システムは、2次コイルL2の1次コイルL1に対する位置の判断方法が上記第1の実施形態と異なっている点を除き、上記第1の実施形態と同様に構成される。以下、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The contactless power feeding system of this embodiment is configured in the same manner as in the first embodiment except that the position determination method of the secondary coil L2 with respect to the primary coil L1 is different from that in the first embodiment. The Hereinafter, a description will be given focusing on differences from the first embodiment.
図7に示すように、給電ユニット15は存在検知回路50を備える。この存在検知回路50は、LED(発光ダイオード)51a〜51lと、受光素子52a〜52lとを備えている。
As shown in FIG. 7, the
図8に示すように、LED51a〜51l及び受光素子52a〜52lは、正方板状でなる基板55に配置されている。この基板55は、1次コイルL1からの磁束の出入りを阻害しない程度に透磁性の高い材質で形成されている。図9に示すように、この基板55は、各1次コイルL1の上面に設置されている。
As shown in FIG. 8, the
詳しくは、図8に示すように、LED51a〜51lは、基板55の縁に沿って正方形を描くように配置されている。基板55における図中の左上角部にLED51aを設け、右上角部にLED51dを設ける。また、基板55における図中の左下角部にLED51jを設け、基板55における図中の右下角部にLED51gを設ける。そして、LED51a,51d間には左からLED51b,51cを設け、LED51d,51g間には上からLED51e,51fを設ける。また、LED51g,51j間には右からLED51h,51iを設け、LED51j,51a間には下からLED51k,51lを設ける。各LED51a〜51lに対応してそれらの右下には受光素子52a〜52lが設けられる。給電板6は透光性の高い材質で形成される。また、LED51a〜51l及び受光素子52a〜52lは、給電板6の下面に接する位置に設けられる。各LED51a〜51lは給電板6の外部に光を出し、給電板6に受電装置30が存在する場合には各受光素子52a〜52lはその反射光を受光する。
Specifically, as shown in FIG. 8, the
ユニット制御回路19は、一定周期毎に存在検知回路50を通じて2次コイルL2の1次コイルL1に対する位置を判断する。すなわち、ユニット制御回路19は、LED51a〜51lを順に点灯させる。このとき、LED51a〜51lの光の照射方向に受電装置30が存在する場合には、その光は受電装置30に反射する。受光素子52a〜52lは、この反射光の有無を検出し、その検出結果をユニット制御回路19に出力する。
The
ユニット制御回路19は、受光素子52a〜52lのうち反射光がある旨検出した数を情報信号に含ませて1次側通信回路18及び1次側通信用コイルL3を通じて無線送信する。2次側通信用コイルL4は、電磁誘導を利用して1次側通信用コイルL3からの情報信号を受信すると、その受信信号を2次側通信回路32に出力する。2次側通信回路32は、情報信号を復調し、その復調した信号を2次側制御回路33に出力する。
The
ここで、受光素子52a〜52lのうち反射光がある旨検出した数に基づき、2次コイルL2の1次コイルL1に対する位置を判断可能である。すなわち、その数が小さいほど1次コイルL1に対する2次コイルL2の位置はずれていると判断できる。従って、2次側制御回路33は、情報信号に含まれる、受光素子52a〜52lのうち反射光がある旨検出した数に基づき2次コイルL2が1次コイルL1に対して正対位置、第1の位置及び第2の位置の何れに存在しているかを判断する。例えば、2次側制御回路33は、受光素子52a〜52lのうち反射光がある旨検出した数が11以上の場合、2次コイルL2が正対位置にあるとして、第1の実施形態と同様に第1〜第3のフォトMOS42a〜42cをオン状態とする。また、2次側制御回路33は、受光素子52a〜52lのうち反射光がある旨検出した数が8以上11未満の場合、2次コイルL2が第1の位置にあるとして第1及び第2のフォトMOS42a,42bをオン状態とし、第3のフォトMOS42cをオフ状態とする。また、2次側制御回路33は、受光素子52a〜52lのうち反射光がある旨検出した数が8未満の場合、2次コイルL2が第2の位置にあるとして、第1のフォトMOS42aをオン状態とし、第2及び第3のフォトMOS42b,42cをオフ状態とする。これにより、上記実施形態と同様に2次コイルL2の位置に関わらず、より安定した受電装置30の出力を得ることができる。
Here, it is possible to determine the position of the secondary coil L2 with respect to the primary coil L1 based on the number of detected
なお、本実施形態においては存在検知回路50及びユニット制御回路19がコイル位置判断部に相当する。
以上、説明した実施形態によれば、特に以下の効果を奏することができる。
In the present embodiment, the
As described above, according to the embodiment described above, the following effects can be achieved.
(3)LED51a〜51lから給電板6側に光が放射される。光に対する反射光の有無に基づき1次コイルL1に対する受電装置30(2次コイルL2)の位置が判断可能となる。よって、第1の実施形態と同様に、2次コイルL2の位置に応じて容量Cを変化させることができる。従って、2次コイルL2の位置に関わらず、安定した受電装置30の出力を得ることができる。
(3) Light is emitted from the
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・上記各実施形態においては、上記式(1)の容量Cを変化させることで、動作周波数f1を固定した状態で共振系をずらしていた。しかし、動作周波数f1を変化させてもよい。この場合、共振系切替回路41が省略されて、例えば励磁駆動回路16に周波数切替回路が設けられる。この場合であっても、2次コイルL2の1次コイルL1に対する位置に応じて動作周波数f1を2次コイルの共振周波数近傍とすることで、安定した出力電力が得られる。本構成においては、情報信号の送受信が不要となることから、両通信回路18,32を省略することもできる。
In addition, the said embodiment can be implemented with the following forms which changed this suitably.
In each of the above embodiments, the resonance system is shifted in a state where the operating frequency f1 is fixed by changing the capacitance C of the above equation (1). However, the operating frequency f1 may be changed. In this case, the resonance
・上記各実施形態においては、3つのコンデンサC2a〜C2cが互いに並列に接続されていたが、コンデンサの数はこれに限らない。コンデンサの数に応じてフォトMOSの数が決定する。また、上記式(1)の容量Cを変化させることができれば、共振系切替回路41の構成は上記各実施形態に限定されない。例えば、容量Cを変化させることができるバリアブルコンデンサを採用してもよい。
In the above embodiments, the three capacitors C2a to C2c are connected in parallel to each other, but the number of capacitors is not limited to this. The number of photo MOSs is determined according to the number of capacitors. In addition, the configuration of the resonance
・第1の実施形態においては存在検知レベル、第2の実施形態においては受光素子52a〜52lの検出結果に基づき2次コイルL2の1次コイルL1に対する位置が判断可能とされていた。しかし、その位置が判断可能であれば方式は上記両実施形態に限定されない。例えば、静電容量センサを給電板6に沿って配置し、そのセンサの検出結果に基づき2次コイルL2の1次コイルL1に対する位置を判断してもよい。
The position of the secondary coil L2 relative to the primary coil L1 can be determined based on the presence detection level in the first embodiment and the detection results of the
・LED51a〜51l及び受光素子52a〜52lの数及び設置位置は、第2の実施形態に限定されない。例えば、図8における基板55の中央にもLED及び受光素子を設けてもよい。
-The number and installation position of LED51a-51l and light receiving
・第1の実施形態において、ユニット制御回路19は、存在検知レベルに基づき2次コイルL2の位置が正対位置、第1の位置及び第2の位置の何れであるかを判断し、その判断結果を情報信号に含ませて無線送信してもよい。また、この判断は、2次側制御回路33で行われてもよい。第2の実施形態も同様に、ユニット制御回路19は、受光素子52a〜52lの検出結果に基づき2次コイルL2の位置が正対位置、第1の位置及び第2の位置の何れであるかを判断し、その判断結果を情報信号に含ませて無線送信してもよい。
In the first embodiment, the
・上記各実施形態においては、フォトMOS42a〜42cを利用して、有効となるコンデンサC2a〜C2cが切り替えられていた。しかし、有効となるコンデンサC2a〜C2cを切り替え可能なスイッチング素子であれば、フォトMOS以外の種類のFETであってもよいし、さらに機械的なスイッチであってもよい。
In the above embodiments, the effective capacitors C2a to C2c are switched using the
・第1の実施形態においては、情報信号に存在検知レベルを含ませて送信していた。しかし、この情報信号に電圧検出回路17の検出結果をそのまま含ませてもよい。この場合、2次側制御回路33は、情報信号に含まれる電圧検出回路17の検出結果に基づき存在検知レベルを算出し、この存在検知レベルに基づき第1〜第3のフォトMOS42a〜42cのオンオフ状態を切り替えてもよい。
In the first embodiment, the presence detection level is included in the information signal for transmission. However, the detection result of the
・第2の実施形態においては、発光素子としてLED51a〜51lが採用されていたが、発光するものであればLEDに限らず電球であってもよい。また、赤外線センサを利用してもよい。 -In 2nd Embodiment, although LED51a-51l was employ | adopted as a light emitting element, as long as it light-emits, it may be a light bulb instead of LED. An infrared sensor may be used.
・上記実施形態におけるユニット制御回路19を省略してもよい。この場合には、共通制御回路12は、上記実施形態においてユニット制御回路19が実行していた制御も行う。また、ユニット制御回路19が行っていた制御の一部を共通制御回路12が行ったり、逆に共通制御回路12が行っていた制御の一部をユニット制御回路19が行ったりしてもよい。
The
次に、前記実施形態から把握できる技術的思想をその効果と共に記載する。
(イ)請求項2に記載の非接触給電システムにおいて、前記スイッチング素子はフォトMOSであることを特徴とする非接触給電システム。
Next, the technical idea that can be grasped from the embodiment will be described together with the effects.
(A) The contactless power feeding system according to claim 2, wherein the switching element is a photo MOS.
6…給電板、10…給電装置、11…共通ユニット、12…共通制御回路、13…電源回路、15…給電ユニット、16…励磁駆動回路、19…ユニット制御回路、30…受電装置、40…携帯端末、41…共振系切替回路、42a〜42c…フォトMOS、45a,45b…FET、51a〜51l…LED、52a〜52l…受光素子、C1,C2a〜C2c…コンデンサ、L1…1次コイル、L2…2次コイル、L3…1次側通信用コイル、L4…2次側通信用コイル。 6 ... Power feeding plate, 10 ... Power feeding device, 11 ... Common unit, 12 ... Common control circuit, 13 ... Power supply circuit, 15 ... Power feeding unit, 16 ... Excitation drive circuit, 19 ... Unit control circuit, 30 ... Power receiving device, 40 ... Mobile terminal, 41 ... resonant switching circuit, 42a-42c ... photo MOS, 45a, 45b ... FET, 51a-51l ... LED, 52a-52l ... light receiving element, C1, C2a-C2c ... capacitor, L1 ... primary coil, L2 ... secondary coil, L3 ... primary side communication coil, L4 ... secondary side communication coil.
Claims (2)
前記2次コイルの前記1次コイルに対する位置を判断するコイル位置判断部と、
前記動作周波数に対する前記2次コイルにおける共振周波数の値を切り替える切替回路と、
前記コイル位置判断部の判断結果に基づき、前記切替回路を通じて前記共振周波数を前記動作周波数に対応する値とする制御回路と、を備え、
前記コイル位置判断部は、
前記1次コイル毎に設けられるとともに、前記給電面における前記受電装置に対して光を放射する発光素子と、
前記発光素子に対応して設けられるとともに、前記給電面における前記受電装置に前記光が放射されたときの反射光の有無を検出する受光素子と、
前記各受光素子のうち反射光がある旨検出した前記受光素子の数に基づき、前記2次コイルの前記1次コイルに対する位置を判断する判断部と、を備えることを特徴とする非接触給電システム。 In a state where a plurality of primary coils that generate an alternating magnetic flux by being supplied with an alternating current that vibrates at an operating frequency are arranged along the power supply surface, and the primary coil is installed on the power supply surface, A non-contact power feeding system using a resonance phenomenon in the secondary coil, comprising: a power receiving device having a secondary coil that generates an induced power based on the alternating magnetic flux from and supplies the power to a load;
A coil position determination unit for determining a position of the secondary coil with respect to the primary coil;
A switching circuit for switching a value of a resonance frequency in the secondary coil with respect to the operating frequency;
A control circuit that sets the resonance frequency to a value corresponding to the operating frequency through the switching circuit based on the determination result of the coil position determination unit;
The coil position determination unit
A light emitting element that is provided for each primary coil and that emits light to the power receiving device on the power feeding surface;
A light receiving element that is provided corresponding to the light emitting element and detects the presence or absence of reflected light when the light is emitted to the power receiving device on the power feeding surface;
A non-contact power feeding system comprising: a determination unit configured to determine a position of the secondary coil with respect to the primary coil based on the number of the light receiving elements detected to be reflected light among the light receiving elements. .
前記切替回路は、前記2次コイルに直列接続されるとともに、互いに直列接続されるコンデンサ及びスイッチング素子が複数組設けられ、その各組が並列に接続され、前記各スイッチング素子のオンオフ状態の切り替えを通じて前記動作周波数に対する前記共振周波数の値を切り替えることを特徴とする非接触給電システム。 In the non-contact electric power feeding system of Claim 1,
The switching circuit is connected in series to the secondary coil and includes a plurality of sets of capacitors and switching elements connected in series with each other, each set being connected in parallel, and through switching of the on / off states of the switching elements. A contactless power feeding system, wherein the value of the resonance frequency with respect to the operating frequency is switched.
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