JP6003172B2 - 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(交流信号発生回路を用いてパルス幅変調による通信を行う例)
2.第2の実施の形態(電力制限回路を用いて振幅変調による通信をも行う例)
3.変形例(電界を用いて非接触に電力伝送を行う給電システムの例等)
[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(磁気共鳴や電磁誘導等を利用して;以下同様)、非接触に電力伝送(電力供給,給電,送電)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(送電)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、電流検出回路111、電力制限回路112、交流信号発生回路(高周波電力発生回路)113および動作停止回路114を有する送電装置11と、データ伝送部13とを備えている。また、給電装置1は、送電装置11内に設けられた送電制御部(変調処理部)10Aと、送電装置11の外部に設けられたデータ伝送制御部10Bとを有する制御部10を備えている。これらのうち、電力制限回路112、交流信号発生回路113、動作停止回路114およびデータ伝送制御部10Bはそれぞれ、本開示における「電力制限部」、「交流信号発生部」、「動作停止部」および「データ伝送用の制御部」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、データ伝送部23とを備えている。また、受電装置21は、受電部210、整流回路211、充電回路212およびバッテリー213を有している。
図3は、図2に示した給電装置1および電子機器2A,2B内の各ブロックの詳細構成例を回路図で表したものである。
送電部110は、磁界を用いて電力伝送を行う(磁束を発生させる)ための送電コイルL1と、この送電コイルL1とともにLC共振回路を形成するためのコンデンサC1p,C1sとを有している。コンデンサC1sは、送電コイルL1に対して電気的に直列接続されている。つまり、コンデンサC1sの一端と送電コイルL1の一端とが、互いに接続されている。また、このコンデンサC1sの他端と送電コイルL1の他端とがコンデンサC1pに並列接続され、送電コイルL1とコンデンサC1pとの接続端は接地されている。
電流検出回路111は、抵抗器R1および誤差アンプ(エラーアンプ)A1を有している。抵抗器R1の一端は、外部電源9用の電力入力端子(図示せず)に接続され、抵抗器R1の他端は接続点P0に接続されている。つまり、この抵抗器R1は電力供給ラインLp上に配置されている。誤差アンプA1における正側(+側)の入力端子は抵抗器R1の一端に接続され、負側(−側)の入力端子は抵抗器R1の他端に接続され、出力端子は、後述する電力制限回路112内の誤差アンプA3における正側の入力端子に接続されている。すなわち、この誤差アンプA3の正側の入力端子には、抵抗器R1の両端間の電位差(電圧)が入力されるようになっている。
電力制限回路112は、トランジスタTr1,Tr2、比較器(コンパレータ)A2、誤差アンプA3、電源PS2,PS3を有している。これらのうち、トランジスタTr1はp型のFET(Field Effective Transistor;電界効果型トランジスタ)からなり、トランジスタTr2はn型のFETからなる。また、電源PS2は後述する所定の閾値電圧Vth2(>0V)(第2閾値)を出力する電源であり、電源PS3は後述する参照電圧(リファレンス電圧)Vrefを出力する電源である。なお、トランジスタTr1および誤差アンプA3はそれぞれ、本開示における「トランジスタ」および「誤差アンプ」の一具体例に対応する。
制御部10は、前述した送電制御部(変調処理部)10Aおよびデータ伝送制御部10Bを有しており、各々の入力端子が接続点P0に接続されている。すなわち、これらの送電制御部10Aおよびデータ伝送制御部10Bはそれぞれ、電力制限回路112の前段(外部電源9と電力制限回路112との間)において、互いに並列接続されるように配置されている。これにより詳細は後述するが、前述した入力電流I1のうち、接続点P0から制御部10側の経路に、電流I3が常時(負荷状態によらずに)流れるようになっている。
動作停止回路114は、比較器A4と、後述する所定の閾値電圧Vth1(>Vth2)(第1閾値)を出力する電源PS1と、論理積回路(AND回路)LG1とを有している。これらのうち、比較器A4および論理積回路LG1はそれぞれ、本開示における「電圧検出部」および「切換部」の一具体例に対応する。
交流信号発生回路113は、スイッチング素子としての1つのトランジスタTr3を有するスイッチングアンプ(いわゆるE級アンプ)を用いて構成されている。また、ここではトランジスタTr3は、n型のFETからなる。このトランジスタTr3のソースは接地され、ゲートは前述した論理積回路LG1の出力端子に接続され、ドレインは、前述したトランジスタTr1のドレインおよびコンデンサC1p,C1sの各一端に接続されている。
受電部210は、送電部110から伝送された(磁束から)電力を受け取るための受電コイルL2と、この受電コイルL2とともにLC共振回路を形成するためのコンデンサC2p,C2sとを有している。コンデンサC2pは、受電コイルL2に対して電気的に並列接続され、コンデンサC2sは、受電コイルL2に対して電気的に直列接続されている。すなわち、コンデンサC2sの一端は、コンデンサC2pの一端および受電コイルL2の一端に接続されている。また、コンデンサC2sの他端は、整流回路211における一方の入力端子に接続され、受電コイルL2の他端およびコンデンサC2pの他端はそれぞれ、整流回路211における他方の入力端子に接続されている。
(1.全体動作の概要)
この給電システム4では、給電装置1内の交流信号発生回路113が、外部電源9から供給される電力に基づいて、送電部110内の送電コイルL1およびコンデンサC1p,C1s(LC共振回路)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Sac)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。
ところで、このような給電システム4では、給電装置1において負荷が過剰な状態(過負荷状態)となってしまうことがある。具体的には、例えば、データ伝送部13において突発的に過剰な電力を消費する場合や、2次側機器(ここでは電子機器2A,2B)において過大な電力を要する場合等が想定される。
また、本実施の形態の給電装置1では、動作停止回路114において、以下のような強制的な動作停止作用がなされる。
また、このとき比較器A4において、電圧ΔV2の大きさが所定の閾値Vth2(>Vth1)をも超えたことが検知された場合、電流制限回路112において、送電制御部10Aによる送電制御によらず、以下のような強制的な電力供給の遮断作用がなされる。
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10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)における要部構成例を回路図で表わしたものである。本実施の形態の給電システム4Aは、1つの給電装置1Aと、2つの電子機器2A,2Bとを備えている。この給電装置1Aは、第1の実施の形態の給電装置1において、電力制限回路112の代わりに電力制限・変調回路112Aを設けたものであり、他の構成は同様となっている。なお、この電力制限・変調回路112Aは、本開示における「電力制限部」の一具体例に対応する。
本実施の形態の給電装置1Aでは、電力制限・変調回路112Aにおいて、第1の実施の形態の電力制限回路112と同様の手法により、電力制限動作がなされる。また、それとともに、この電力制限・変調回路112Aでは、例えばASK(Amplitude Shift Keying;振幅偏移)変調等の振幅変調(AM:Amplitude Modulation)動作がなされる。
以上、いくつかの実施の形態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に限定されず、種々の変形が可能である。
また、上記実施の形態では、1次側機器としての給電装置から2次側機器としての電子機器に対して、磁界を用いて非接触に電力伝送(給電)を行う給電システムの場合を例に挙げて説明したが、これには限られない。すなわち、本開示内容は、1次側機器としての給電装置から2次側機器としての電子機器に対して、電界(電界結合)を用いて非接触に電力伝送を行う給電システムにおいても適用することが可能であり、上記実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。
(1)
磁界または電界を用いて送電を行う送電部と、
外部電源から前記送電部への電力供給ライン上に配設された電力制限部と、
前記送電を強制的に停止させる動作停止部と
を備え、
前記動作停止部は、前記電力制限部における入出力間の電圧が第1閾値を超えた場合に、前記送電を強制的に停止させ、
前記電力制限部は、前記入出力間の電圧が前記第1閾値よりも大きい第2閾値をも超えた場合、前記送電部への電力供給を強制的に遮断する
給電装置。
(2)
前記動作停止部は、前記送電用の制御信号を無効化することにより、前記送電を強制的に停止させる
上記(1)に記載の給電装置。
(3)
前記動作停止部は、前記入出力間の電圧の大きさに応じて前記制御信号の有効化と無効化とを切り換える切換部を有する
上記(2)に記載の給電装置。
(4)
前記電力制限部は、
前記外部電源からの入力電流に対応する電圧と参照電圧との電位差に応じて電力制限動作を制御する誤差アンプを有し、
前記入出力間の電圧が前記第2閾値を超えた場合には、前記参照電圧の大きさを制御することにより、前記送電部への電力供給を強制的に遮断する
上記(1)ないし(3)のいずれかに記載の給電装置。
(5)
前記電力制限部は、
前記電力供給ライン上にトランジスタを有し、
前記参照電圧の大きさを制御して前記トランジスタをオフ状態に設定することにより、前記送電部への電力供給を強制的に遮断する
上記(4)に記載の給電装置。
(6)
前記第1閾値は、装置の通常動作時における過負荷状態であるか否かを規定するものであり、
前記第2閾値は、前記送電部が故障状態または破壊状態であるか否かを規定するものである
上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の給電装置。
(7)
前記入出力間の電圧が前記第2閾値を超えたときは、前記動作停止部が動作不可能な状態となっている
上記(1)ないし(6)のいずれかに記載の給電装置。
(8)
前記送電の制御を行う送電制御部を含む制御部を備えた
上記(1)ないし(7)のいずれかに記載の給電装置。
(9)
前記制御部が、前記電力制限部よりも前記外部電源側に配置されている
上記(8)に記載の給電装置。
(10)
前記送電制御部は、
給電対象機器に対して前記送電を行う給電期間と、前記給電対象機器との間で所定の通信を行う通信期間とが時分割に設定されるように制御すると共に、
前記通信期間において前記電力制限部による電力制限動作を制御することにより、振幅変調による通信が行われるようにする
上記(8)または(9)に記載の給電装置。
(11)
前記電力制限部は、前記給電期間では電力制限動作を行い、前記通信期間では振幅変調動作を行う
上記(10)に記載の給電装置。
(12)
前記送電制御部は、給電対象機器に対して前記送電を行う給電期間と、前記給電対象機器との間で所定の通信を行う通信期間とが時分割に設定されるように制御し、
前記動作停止部は、前記通信期間において前記入出力間の電圧が前記第1閾値を超えた場合には、前記通信を強制的に停止させる
上記(8)ないし(11)のいずれかに記載の給電装置。
(13)
前記送電を行うための交流信号を発生する交流信号発生部を備え、
前記送電制御部は、前記交流信号発生部の動作を制御することによって前記送電の制御を行う
上記(8)ないし(12)のいずれかに記載の給電装置。
(14)
前記交流信号発生部は、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、
前記送電制御部は、前記送電用の制御信号を用いて、前記スイッチング素子のオン・オフ動作を制御する
上記(13)に記載の給電装置。
(15)
前記送電制御部は、
給電対象機器に対して前記送電を行う給電期間と、前記給電対象機器との間で所定の通信を行う通信期間とが時分割に設定されるように制御すると共に、
前記通信期間において前記制御信号のデューティ比を制御することにより、パルス幅変調による通信が行われるようにする
上記(14)に記載の給電装置。
(16)
前記制御部は、前記送電制御部と、データ伝送用の制御部とを有する
上記(8)ないし(15)のいずれかに記載の給電装置。
(17)
前記送電部は、共振動作を利用して前記送電を行う
上記(1)ないし(16)のいずれかに記載の給電装置。
(18)
前記動作停止部は、前記入出力間の電圧を検出する電圧検出部を有する
上記(1)ないし(17)のいずれかに記載の給電装置。
(19)
1または複数の電子機器と、
前記電子機器に対して送電を行う給電装置と
を備え、
前記給電装置は、
磁界または電界を用いて前記送電を行う送電部と、
外部電源から前記送電部への電力供給ライン上に配設された電力制限部と、
前記送電を強制的に停止させる動作停止部と
を有し、
前記動作停止部は、前記電力制限部における入出力間の電圧が第1閾値を超えた場合に、前記送電を強制的に停止させ、
前記電力制限部は、前記入出力間の電圧が前記第1閾値よりも大きい第2閾値をも超えた場合、前記送電部への電力供給を強制的に遮断する
給電システム。
Claims (19)
- 磁界または電界を用いて送電を行う送電部と、
外部電源から前記送電部への電力供給ライン上に配設された電力制限部と、
前記送電のための制御信号に基づいて、前記電力供給ラインから前記電力制限部を介して供給される電力を用いて、前記送電を行うための交流信号を発生する交流信号発生部と、
前記交流信号発生部における動作を強制的に停止させることにより、前記送電を強制的に停止させる動作停止部と
を備え、
前記動作停止部は、前記電力制限部における入出力間の電圧が第1閾値を超えた場合に、前記交流信号発生部における動作を強制的に停止させることによって前記送電を強制的に停止させ、
前記電力制限部は、前記入出力間の電圧が前記第1閾値よりも大きい第2閾値をも超えた場合、前記送電部への電力供給を強制的に遮断する
給電装置。 - 前記動作停止部は、前記送電のための制御信号を無効化して、前記交流信号発生部における動作を強制的に停止させることにより、前記送電を強制的に停止させる
請求項1に記載の給電装置。 - 前記動作停止部は、前記入出力間の電圧の大きさに応じて前記制御信号の有効化と無効化とを切り換える切換部を有する
請求項2に記載の給電装置。 - 前記電力制限部は、
前記外部電源からの入力電流に対応する電圧と参照電圧との電位差に応じて電力制限動作を制御する誤差アンプを有し、
前記入出力間の電圧が前記第2閾値を超えた場合には、前記参照電圧の大きさを制御することにより、前記送電部への電力供給を強制的に遮断する
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。 - 前記電力制限部は、
前記電力供給ライン上にトランジスタを有し、
前記参照電圧の大きさを制御して前記トランジスタをオフ状態に設定することにより、前記送電部への電力供給を強制的に遮断する
請求項4に記載の給電装置。 - 前記第1閾値は、装置の通常動作時における過負荷状態であるか否かを規定するものであり、
前記第2閾値は、前記送電部が故障状態または破壊状態であるか否かを規定するものである
請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の給電装置。 - 前記入出力間の電圧が前記第2閾値を超えたときは、前記動作停止部が動作不可能な状態となっている
請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の給電装置。 - 前記送電の制御を行う送電制御部を含む制御部を備えた
請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の給電装置。 - 前記制御部が、前記電力制限部よりも前記外部電源側に配置されている
請求項8に記載の給電装置。 - 前記送電制御部は、
給電対象機器に対して前記送電を行う給電期間と、前記給電対象機器との間で所定の通信を行う通信期間とが時分割に設定されるように制御すると共に、
前記通信期間において前記電力制限部による電力制限動作を制御することにより、振幅変調による通信が行われるようにする
請求項8または請求項9に記載の給電装置。 - 前記電力制限部は、前記給電期間では電力制限動作を行い、前記通信期間では振幅変調動作を行う
請求項10に記載の給電装置。 - 前記送電制御部は、給電対象機器に対して前記送電を行う給電期間と、前記給電対象機器との間で所定の通信を行う通信期間とが時分割に設定されるように制御し、
前記動作停止部は、前記通信期間において前記入出力間の電圧が前記第1閾値を超えた場合には、前記通信を強制的に停止させる
請求項8ないし請求項11のいずれか1項に記載の給電装置。 - 前記送電制御部は、前記交流信号発生部の動作を制御することによって前記送電の制御を行う
請求項8ないし請求項12のいずれか1項に記載の給電装置。 - 前記交流信号発生部は、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、
前記送電制御部は、前記送電のための制御信号を用いて、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13に記載の給電装置。 - 前記送電制御部は、
給電対象機器に対して前記送電を行う給電期間と、前記給電対象機器との間で所定の通信を行う通信期間とが時分割に設定されるように制御すると共に、
前記通信期間において前記送電のための制御信号のデューティ比を制御することにより、パルス幅変調による通信が行われるようにする
請求項14に記載の給電装置。 - 前記制御部は、前記送電制御部と、データ伝送用の制御部とを有する
請求項8ないし請求項15のいずれか1項に記載の給電装置。 - 前記送電部は、共振動作を利用して前記送電を行う
請求項1ないし請求項16のいずれか1項に記載の給電装置。 - 前記動作停止部は、前記入出力間の電圧を検出する電圧検出部を有する
請求項1ないし請求項17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送電を行う給電装置と
を備え、
前記給電装置は、
磁界または電界を用いて前記送電を行う送電部と、
外部電源から前記送電部への電力供給ライン上に配設された電力制限部と、
前記送電のための制御信号に基づいて、前記電力供給ラインから前記電力制限部を介して供給される電力を用いて、前記送電を行うための交流信号を発生する交流信号発生部と、
前記交流信号発生部における動作を強制的に停止させることにより、前記送電を強制的に停止させる動作停止部と
を有し、
前記動作停止部は、前記電力制限部における入出力間の電圧が第1閾値を超えた場合に、前記交流信号発生部における動作を強制的に停止させることによって前記送電を強制的に停止させ、
前記電力制限部は、前記入出力間の電圧が前記第1閾値よりも大きい第2閾値をも超えた場合、前記送電部への電力供給を強制的に遮断する
給電システム。
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