JP6092678B2 - Non-contact power transmission system - Google Patents
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Description
本発明は、送電装置と受電装置の間の電力伝送を非接触(ワイヤレス)で行う非接触電力伝送システムに関し、特に、送電装置の送電共振器を構成する送電コイルと、受電装置の受電共振器を構成する受電コイルを隔壁を介して配置して、コイルの共振状態を利用した電力伝送を安定して行うための非接触電力伝送システムに関する。 The present invention relates to a non-contact power transmission system that performs non-contact (wireless) power transmission between a power transmission device and a power reception device, and in particular, a power transmission coil that constitutes a power transmission resonator of the power transmission device and a power reception resonator of the power reception device. It is related with the non-contact electric power transmission system for arrange | positioning the receiving coil which comprises A through a partition, and performing the electric power transmission stably using the resonance state of a coil.
非接触で電力を伝送する方法として、電磁誘導による電磁誘導方式、電界または磁界共鳴を介した共鳴給電方式、電波によるマイクロ波送電方式、あるいは可視光領域の電磁波(光)によるレーザ送電方式が知られている。この中で既に実用化されているのは、電磁誘導方式である。これは簡易な回路(トランス方式)で実現可能であるなどの優位性はあるが、送電距離が短いという課題もある。そこで、共振を利用して電力を数m先まで伝送する共鳴給電方式が提案され、この技術を利用した製品開発が、電機メーカー、自動車メーカーを中心に進められている。 Non-contact power transmission methods include electromagnetic induction using electromagnetic induction, resonant power supply via electric field or magnetic field resonance, microwave power transmission using radio waves, and laser power transmission using electromagnetic waves (light) in the visible light region. It has been. Among them, the electromagnetic induction method has already been put into practical use. This has the advantage that it can be realized with a simple circuit (transformer system), but there is also a problem that the transmission distance is short. Therefore, a resonance power feeding method that transmits power up to several meters ahead using resonance is proposed, and product development using this technology is being promoted mainly by electrical manufacturers and automobile manufacturers.
一方、携帯電話やPDAなどのモバイル機器の無線による大容量のデータ通信は、必然的に大容量の電力を必要とし、それは電池容量の拡大要求となる。しかし、現在のリチウムイオン電池では十分な電池容量を確保することが困難である。非接触電力伝送はそれを補うものとして注目されている。このような観点からすると今後は、大容量の情報通信と無線電力伝送が一体となった開発、製品化が進むものと予想される。 On the other hand, large-capacity data communication by radio of mobile devices such as mobile phones and PDAs inevitably requires a large amount of power, which is a demand for expansion of battery capacity. However, it is difficult to secure a sufficient battery capacity with current lithium ion batteries. Non-contact power transmission is attracting attention as a supplement. From this point of view, it is expected that the development and commercialization of high-capacity information communication and wireless power transmission will progress in the future.
ここで、共鳴給電方式による電力伝送に特化して考えてみると、以下のような課題がある。ACコンセント或いは系統電力から電力を受け取る送電装置の送電コイルと、負荷が繋がれる受電装置の受電コイル電磁結合により電力伝送が行われるが、両コイル間の結合係数k値は小さく、一方Q値を高めることを特徴とする。Q値が高いコイルを用いた場合、高い電圧がコイル両端部で発生し、更には、Qが高いことに起因するピーキーなシステムになると、各種調整機構を追従させることが困難となる。 Here, when considering the power transmission by the resonance power feeding method, there are the following problems. Power transmission is performed by electromagnetic coupling of a power transmission device that receives power from an AC outlet or system power and a power reception coil of a power reception device to which a load is connected, but the coupling coefficient k value between both coils is small, while the Q value is It is characterized by increasing. When a coil having a high Q value is used, a high voltage is generated at both ends of the coil, and further, when a peaky system is caused by a high Q, it is difficult to follow various adjustment mechanisms.
特に、温度上下動などに伴う送電装置と受電装置間のミスマッチが発生した時や、送電装置と受電装置に金属異物が近づいた時には、共振調整機構を素早く動作させる必要がある。最適化しないと、不要輻射が増大したり、最悪の場合、反射電力により装置自体が破損する可能性もあるからである。このため共鳴給電の最大のメリットである長距離電力伝送性能を生かしながら、共振調整機構に関わる上記課題を何らかの手段を用いて解決する必要が有る。 In particular, when a mismatch occurs between the power transmission device and the power reception device due to temperature fluctuation, or when a metal foreign object approaches the power transmission device and the power reception device, it is necessary to quickly operate the resonance adjustment mechanism. If not optimized, unnecessary radiation increases, and in the worst case, the device itself may be damaged by reflected power. For this reason, it is necessary to solve the above-described problem related to the resonance adjustment mechanism by using some means while taking advantage of the long-distance power transmission performance which is the greatest merit of the resonance power supply.
例えば特許文献1に開示されたシステムの送電装置は、非接触で電力を送信する送電部に加えて、通信部を有し、あるタイムフレームで通信部が受信した外部送電装置における電力伝送の開始を示す情報に基づいて、電力伝送が可能であるか否かを判定する。判定結果に基づいて、選択的に電力伝送を行うように構成される。この方法によれば、複数の送電装置が存在する場合においても、他の送電装置からの干渉を受けずに、1つの受電装置に対して1つの送電装置から電力を伝送することが可能なシステムを提供することができる。
For example, the power transmission device of the system disclosed in
特許文献1に開示された構成の場合、通信部が電力伝送の必要な状態或いは停止の状態を検知、判断し、調整機構を動作させるまでにはある程度の時間を要する。そのため、装置の電源オン・オフ時や、その他の負荷変動、あるいは突然の異常には十分早い速度では対応できないという問題が有る。
In the case of the configuration disclosed in
特に送電コイルと受電コイルの共振状態を利用する非接触電力伝送においては、調整に誤差が発生すると大きな共振電力が発生する場合もあるため、受電装置の破損を防ぐ対策も必要となる。 In particular, in contactless power transmission using the resonance state of the power transmission coil and the power reception coil, a large resonance power may be generated if an error occurs in the adjustment, and thus measures to prevent damage to the power reception device are required.
従って本発明は、負荷変動時や異常にも十分な速度で対応して、コイルの共振状態を利用した高効率の非接触電力伝送を、常に安定して行うことが可能な非接触電力伝送システムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention is a non-contact power transmission system capable of always stably performing high-efficiency non-contact power transmission utilizing the resonance state of the coil in response to a load fluctuation or abnormality at a sufficient speed. The purpose is to provide.
本発明の非接触電力伝送システムは、共振容量に相当するコンデンサが付加された送電コイルと送電回路からなる送電部及び送電通信部を有する送電装置と、共振容量に相当するコンデンサが付加された受電コイルと受電回路からなる受電部及び受電通信部を有する受電装置とを備え、前記送電コイルと前記受電コイルの間の作用により隔壁を介して前記送電装置から前記受電装置へ非接触で電力伝送を行い外部負荷に電力を供給するともに、前記送電通信部と前記受電通信部の間の通信による情報に基づき前記電力伝送を制御するように構成される。 A non-contact power transmission system of the present invention includes a power transmission device including a power transmission coil and a power transmission circuit including a power transmission coil and a power transmission circuit to which a capacitor corresponding to a resonance capacitor is added, and a power reception device to which a capacitor corresponding to a resonance capacitance is added. A power receiving unit including a coil and a power receiving circuit and a power receiving device having a power receiving communication unit, and non-contact power transmission from the power transmitting device to the power receiving device via a partition wall by an action between the power transmitting coil and the power receiving coil. And supplying power to the external load, and controlling the power transmission based on information by communication between the power transmission communication unit and the power reception communication unit.
上記課題を解決するために、本発明の非接触電力伝送システムは、前記受電装置が、電池またはキャパシタからなる第1蓄電部を備え、前記送電装置から伝送される電力により前記第1蓄電部を所定の範囲の充電率に充電して、前記第1蓄電部の電力を前記外部負荷に供給可能とする制御を行い、当該制御に伴う前記送電装置に対する前記電力伝送の実行または停止を前記通信により指令し、前記受電装置から電力を供給する対象の外部負荷が、電源OFFからONに変化したときに、電源立ち上げ時の電力を前記第1蓄電部から供給し、その後、前記通信により指令した前記送電装置からの送電による電力を前記外部負荷に対して供給することを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, in the non-contact power transmission system according to the present invention, the power receiving device includes a first power storage unit including a battery or a capacitor, and the first power storage unit is provided by power transmitted from the power transmission device. Control is performed to charge the charging rate within a predetermined range so that the power of the first power storage unit can be supplied to the external load, and execution or stop of the power transmission with respect to the power transmission device according to the control is performed by the communication. When an external load to which power is supplied from the power receiving device changes from power OFF to ON, power at power-on is supplied from the first power storage unit, and then commanded by the communication Power supplied from the power transmission device is supplied to the external load .
上記構成の非接触電力伝送システムによれば、受電装置に搭載した電池による補助機能に基づき、負荷変動時や異常にも十分な速度で対応して、コイルの共振状態を利用した高効率の非接触電力伝送を、常に安定して動作させることができる。 According to the non-contact power transmission system having the above configuration, based on the auxiliary function of the battery installed in the power receiving apparatus, it can cope with load fluctuations and abnormalities at a sufficient speed, and uses the coil resonance state for high efficiency. Contact power transmission can always be stably operated.
本発明の非接触電力伝送システムは、上記構成を基本として、以下のような形態をとることができる。 The non-contact power transmission system of the present invention can take the following forms based on the above configuration.
すなわち、前記受電装置から電力を供給する対象の外部負荷が、電源OFFからONに変化したときに、電源立ち上げ時の電力を前記第1蓄電部から供給し、その後、前記通信により指令した前記送電装置からの送電による電力を前記外部負荷に対して供給する。負荷の電源が入る時には、突入電流等の原因で急に電力が必要となる。このため受電装置に搭載した第1蓄電部で電源立ち上げ時の瞬間的な電力を賄いつつ、通信部を通して送電装置から電力を供給することにより、円滑な電力供給が可能となる。 That is, when an external load to which power is supplied from the power receiving device is changed from power OFF to ON, power at power-on is supplied from the first power storage unit, and then the commanded by the communication is performed. Electric power from the power transmission device is supplied to the external load. When the load power is turned on, power is suddenly required due to an inrush current or the like. Therefore, smooth power supply is possible by supplying power from the power transmission device through the communication unit while providing instantaneous power when the power is turned on by the first power storage unit mounted on the power receiving device.
また、前記受電装置からの前記通信に基づき前記送電装置からの電力伝送を停止するときに、停止するまでの送電電力を前記第1蓄電部に蓄積するように制御する。これにより、電力が完全に停止するまでは第1蓄電部に電力を蓄えて、送電装置または受電装置の破損を防ぐことができる。負荷の電源がオン状態からオフ状態になった場合等に、通信により非接触電力伝送を停止する制御にはある程度の時間を要することに対処する構成である。急な異常が検出された場合も同様な電力停止を行うので、そのような事態にも対処できる。 In addition, when power transmission from the power transmission device is stopped based on the communication from the power receiving device, control is performed so that transmission power until the power transmission is stopped is accumulated in the first power storage unit. Thereby, until electric power stops completely, electric power can be stored in the 1st electrical storage part, and damage to a power transmission device or a power receiving device can be prevented. This is a configuration that copes with the fact that a certain amount of time is required for the control for stopping the non-contact power transmission by communication when the power source of the load is changed from the on state to the off state. Even when a sudden abnormality is detected, the same power stop is performed, so that such a situation can be dealt with.
また、前記受電装置は、前記送電装置から伝送される電力により前記第1蓄電部を所定の範囲の充電率に充電する制御を行い、それに伴い、前記送電装置に対する前記電力伝送の実行または停止を前記通信により指令する。この場合に、前記受電装置は、前記第1蓄電部の充放電状態を充電率が20〜90%の範囲内に制御する。 In addition, the power receiving device performs control to charge the first power storage unit to a charging rate within a predetermined range by the power transmitted from the power transmitting device, and accordingly, performs or stops the power transmission to the power transmitting device. Command by the communication. In this case, the power receiving device controls the charge / discharge state of the first power storage unit within a range of a charging rate of 20 to 90%.
また、前記送電装置は、前記受電装置の存在の有無を検出する機能を有し、前記受電装置の喪失が検出された場合には、送電を停止するとともにその通報信号を出力する機能を有する。あるいは、前記受電装置は、前記第1蓄電部の充放電状態の情報として、充電回数、温度の情報を記憶し、それらの情報を、予め前記受電装置に保存されたリストと比較し、当該リストの規定から外れた場合には、通報信号を出力する機能を有する。これらの場合に、前記送電通信部は、前記通報信号を、前記送電装置に備えた装置により電気信号、音、または光により出力するとともに、他の通信装置への通信を介して前記送電装置以外の装置によるユーザーへの通報を行う機能を有する。 The power transmission device has a function of detecting the presence or absence of the power receiving device, and has a function of stopping power transmission and outputting a notification signal when the loss of the power receiving device is detected. Alternatively, the power receiving device stores information on the number of times of charging and temperature as information on a charge / discharge state of the first power storage unit, and compares the information with a list stored in advance in the power receiving device, If it does not meet the regulations, it has a function to output a notification signal. In these cases, the power transmission communication unit outputs the notification signal by an electric signal, sound, or light by a device provided in the power transmission device, and other than the power transmission device through communication to another communication device. It has a function to report to the user by the device.
また、前記受電部に相当する機能を有する中継受電部と、前記送電部に相当する機能を有する中継送電部とを備えた電力中継装置を備え、前記送電装置から伝送される電力を、前記中継受電部により非接触で受け取り、受け取った電力を前記中継送電部により前記受電装置に非接触で伝送する。 In addition, the power receiving apparatus includes a relay power receiving unit having a function corresponding to the power receiving unit and a relay power transmitting unit having a function corresponding to the power transmitting unit, and transmits power transmitted from the power transmitting device to the relay. The power reception unit receives the power in a contactless manner, and the received power is transmitted to the power reception device in a contactless manner by the relay power transmission unit.
また、前記送電装置は、電池またはキャパシタからなる第2蓄電部を備え、前記送電回路が発生した電力の少なくとも一部を前記第2蓄電部に蓄積可能である。この場合に、前記送電装置は、前記第2蓄電部の充放電状態を充電率が20〜90%の範囲内に制御する。また、前記第2蓄電部から前記受電装置へ電力供給することが可能であり、当該電力供給を前記通信により制御する。また、前記受電装置からの前記通信に基づき前記送電装置からの電力伝送を停止するときに、前記送電装置への外部電源からの電力供給が停止するまでに前記送電回路内に残る電力を前記第2蓄電部に蓄積するように制御する。 The power transmission device includes a second power storage unit including a battery or a capacitor, and can store at least a part of the power generated by the power transmission circuit in the second power storage unit. In this case, the power transmission device controls the charge / discharge state of the second power storage unit within a range of a charge rate of 20 to 90%. In addition, power can be supplied from the second power storage unit to the power receiving device, and the power supply is controlled by the communication. In addition, when power transmission from the power transmission device is stopped based on the communication from the power reception device, the power remaining in the power transmission circuit until the power supply from the external power source to the power transmission device is stopped is 2 Control to store in the power storage unit.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<実施の形態1>
実施の形態1における非接触電力伝送システムを、図1Aに斜視図で模式的に示す。図1Bは、その側面図である。このシステムは一つの送電装置1と一つの受電装置2の一対からなる。送電装置1と受電装置2は、隔壁3の両面に対向させて設置され、隔壁3を挟んだ電力伝送に適した構成を有する。
<
The non-contact power transmission system in
送電装置1は、送電部4と送電通信部5からなり、電池6(またはキャパシタ。以下同様。)の搭載が可能である。受電装置2は、受電部7と受電通信部8からなり、電池9(またはキャパシタ。以下同様。)が搭載されている。受電部7から出力される電力は、外部の負荷10に供給される。
The
本発明の特徴は、受電装置2のみに蓄電部として電池9を備えるか、または送電装置1及び受電装置2の双方に蓄電部として電池6、9を備えた構成にある。電池の搭載を受電側のみにするか或いは両方にするかは、非接触給電の安定度、負荷状態、装置が設置される環境、あるいはニーズに応じて設定することができる。以下に示す具体構成には、受電装置2のみに電池9が設けられた例を示す。
A feature of the present invention is that only the power receiving device 2 includes the
図2Aに送電装置1のブロック図を示す。送電部4は、送電コイル11と送電回路12からなる。送電コイル11には共振容量としてコンデンサ(不図示)が付加されて、送電共振器を構成する。送電回路12では、外部電源13からの電力が、必要に応じて付加される力率改善回路(PFC)14によって安定化されて、DD(DC−DC)コンバーター15、16に供給される。
FIG. 2A shows a block diagram of the
DDコンバーター15によって電圧レベルを適正化された直流電力は、インバーター17により交流電力化され、正弦波に近づけるためのローパスフィルター18を通した交流電力が送電コイル11に印加される。この交流電力の周波数は、送電コイル11のインダクタンスと共振容量(コンデンサの容量)とからなる送電共振器の共振周波数とほぼ一致するように設定される。また、インバーター17が出力する交流電力は、ドバイラバー19でパルス幅やパルスタイミングが調整される。これは、フィルター18を通過後に上記共振周波数となるように、また、インバーター17を構成するFET(フィールドイフェクトトランジスター)のスイッチングロスが極力発生しないようにするためである。
The DC power whose voltage level has been optimized by the
一方、DDコンバーター16によって電圧レベルを適正化された直流電力は、送電通信部5に供給される。以上の要素の動作は、制御部20によって制御される。
On the other hand, the DC power whose voltage level is optimized by the
図2Bに、受電装置2のブロック図を示す。受電部7は、受電コイル21と受電回路22からなる。受電コイル21には共振容量としてコンデンサ(不図示)が付加されて、受電共振器を構成する。受電共振器の共振周波数は、送電共振器の共振周波数とほぼ一致するように設定される。
FIG. 2B shows a block diagram of the power receiving device 2. The
送電コイル11から受電コイル21に伝達された交流の受電電力は、受電回路22の整流器23により直流に変換され、DDコンバーター24、25に供給される。DDコンバーター24によって、電池やキャパシタに対して適正な電圧レベルに調整された電力は、保護回路26を介して負荷10及び充電回路27に供給される。保護回路26及び充電回路27により、電池9(またはキャパシタ。以下同様。)に対する充放電が適切に制御され、負荷10に電力が供給される。
The AC received power transmitted from the power transmission coil 11 to the
一方、DDコンバーター25によって電圧レベルを適正化された直流電力は、受電通信部8に供給される。以上の要素の動作は、制御部28によって制御される。メモリ29は、電池9の充放電状態の情報として、充電回数、温度の情報等を記憶するために設けられる。
On the other hand, the DC power whose voltage level has been optimized by the
送電通信部5と受電通信部8により、送電装置1と受電装置2のとの間の通信機能が与えられる。図示を省略するが、送電装置1と受電装置2には、電力伝送が適切に行われているか否か、電池の状態は適切に管理されているか否か、更にはその他の異常な状態の有無を検出する機能が設けられる。そして、相互の通信により、それらの検出機能が提供する状態をモニターする。モニターに応じた制御が、制御部20、28により行われる。また必要が生じればユーザーに通報する。
The power
上記異常な状態を検出する機能には、送電装置1が、受電装置2の存在の有無を検出する機能も含まれる。受電装置2の存在の有無は、例えば、受電通信部8からの応答の有無或いは送電部に返ってくる反射電力により検出することができる。
The function for detecting the abnormal state includes a function for the
次に、上記構成の非接触電力伝送システムの動作について説明する。図3Aは、この非接触電力伝送システムの基本動作を示すフロー図、図3Bは、図3Aに示した基本動作における非接触給電判定のステップの動作を示すフロー図である。 Next, the operation of the non-contact power transmission system having the above configuration will be described. FIG. 3A is a flowchart showing the basic operation of this non-contact power transmission system, and FIG. 3B is a flowchart showing the operation of the non-contact power feeding determination step in the basic operation shown in FIG. 3A.
非接触電力伝送システムの電源がONになると(ステップS1)、システム確認モードになり(ステップS2)、受電装置2において電池9の充電率が十分か否かを判定する(ステップS3)。十分でなければ、受電通信部8から送電通信部5への通信により電力供給を要求し、送電部4の制御部20は非接触給電判定の制御を行う(ステップS4)。
When the power of the non-contact power transmission system is turned on (step S1), the system confirmation mode is set (step S2), and it is determined whether or not the charging rate of the
ステップS4の非接触給電判定は、図3Bに示すように行う。先ず、ステップS3からの移行により、送電装置1は非接触電力伝送を開始し(ステップS110)、続いて非接触電力が十分か否かを判定する(ステップS120)。十分であれば、ステップS3に戻り、電池9の充電率が設定されたレベルに達するまで、非接触給電判定(ステップS4)を繰り返しながら非接触電力伝送が継続される。
The non-contact power supply determination in step S4 is performed as shown in FIG. 3B. First, with the transition from step S3, the
ステップS120において、非接触電力が十分ではない場合は、非接触電力伝送調整機能の範囲内か否かを判定する(ステップS130)。範囲内であれば、調整を行ってステップS110に戻り、ステップS120の判定を繰り返す。範囲内でなければ、送電を停止し(ステップS140)、警報を出力する(ステップS150)。 If the non-contact power is not sufficient in step S120, it is determined whether or not it is within the range of the non-contact power transmission adjustment function (step S130). If it is within the range, the adjustment is performed, the process returns to step S110, and the determination in step S120 is repeated. If it is not within the range, power transmission is stopped (step S140), and an alarm is output (step S150).
図3AのステップS3で電池9の充電率が十分であった場合は、システム動作モードに移行し(ステップS5)、受電装置2に接続された外部負荷10が動作ONの状態(すなわち電流を消費する状態)にあるか否かを判定する(ステップS6)。この判定は、受電装置2の制御部28が行い、負荷10が動作OFFの状態の場合(待機時)は、受電装置2において電池9の充電率が十分か否かを判定する(ステップS7)。
When the charging rate of the
電池9の充電率が十分でなければ(ステップS7、No)、受電通信部8から送電通信部5へ電力供給を要請する通信を行い、送電部4の制御部20は非接触給電判定の制御を行う(ステップS8)。ステップS8の非接触給電判定の動作はステップS4と同様である。但し、非接触電力が十分な場合には、ステップS6に戻り、負荷10の動作のON・OFFの判定の動作を繰り返す。ステップS7で電池9の充電率が十分であった場合も、ステップS6に戻り、負荷10の動作のON・OFFの判定の動作を繰り返す。
If the charging rate of the
ステップS6で負荷10が動作ONの状態にある場合は、負荷10に対して電池9から電力を供給して(ステップS9)、電源立ち上げ時の瞬間的な電力を電池9で賄う。次に、負荷10が動作ONである情報を通信部8、5を介し送電装置1に送信して、非接触電力伝送を開始する(ステップS10)。更に、非接触電力が十分か否かを判定する(ステップS11)。
If the
非接触電力が十分ではない場合(ステップS11、No)、非接触給電判定を行う(ステップS12)。この非接触給電判定は、図3Cに示すように、ステップS4の非接触給電判定の一部を行うものである。従って、同一のステップに同一の参照符号を付して、説明を省略する。ステップS11において非接触電力が十分であれば、負荷10の動作のON・OFFの判定を行い(ステップS13)、負荷10が動作ONであれば、ステップS10に戻って非接触電力伝送を継続する。負荷10が動作OFFであれば、ステップS7に戻り、上述の動作を繰り返す。
When the non-contact power is not sufficient (step S11, No), the non-contact power supply determination is performed (step S12). As shown in FIG. 3C, this non-contact power feeding determination is a part of the non-contact power feeding determination in step S4. Therefore, the same reference numerals are assigned to the same steps, and description thereof is omitted. If the non-contact power is sufficient in step S11, it is determined whether the operation of the
以上のフローに基づく、非接触電力伝送システムの各種の状態における動作について、以下に説明する。 Operations in various states of the non-contact power transmission system based on the above flow will be described below.
[1.負荷10が動作OFFの状態の場合]
例えば負荷10である機器の電源が入っていない場合である。この場合は、待機電力以外に電力を消費しないため、受電装置2に組み込まれた電池9(或いはキャパシ、以下同様)が待機電力により消費された分のみの電力を供給する。すなわち、待機電力により、電池9の充電率が所望の値より低下した場合には、受電通信部8の通信機能が働き送電通信部5を介して、送電部4から電力を供給させるための信号を送信する。電池9の充電率が所望の状態になったら、同様にして通信を行い、停止制御を掛け電力伝送を停止させる。
[1. When the
For example, this is a case where the power of the device that is the
[2.負荷10が動作ONの状態の場合]
負荷10の電源がオン状態になった時には、突入電流等の原因で急激に電力が必要となる。このため、受電装置2に搭載した電池9で電源立ち上げ時の瞬間的な電力を賄いつつ、通信部を通して送電装置1から電力を供給するようにする。なお、電池9の充電率が十分で有れば、その充電率が設定された充電率より低下するまでは、電池9から電力を引続き継続することも可能である。
[2. When
When the power supply of the
[3.負荷10の電源がオン状態からオフ状態になった時]
受電通信部8を通して、送電装置1からの電力供給を停止するように制御する。但し、急速な停止動作は、装置に逆電圧などの負担をかける可能性がある。一方、電力供給が完全に停止するまでには、通信制御にある程度の時間を要する。そこで、電力供給が完全に停止するまでの間、電池9に電力を蓄える機能を設ける。また、電池9の充電率が設定された充電率より低下していた場合には、引続き電池9が十分な充電率となるまで、非接触電力伝送を継続する。
[3. When the power supply of the
Control is performed to stop power supply from the
[4.急激な異常が検出された時]
上述の第3項と同様な電力停止を行う。但し受電装置2が何らかの原因で喪失された場合には、受電装置2に搭載の電池9による、上述のような電力補完が機能しなくなる。この場合には、非常に大きな電圧が送電コイル11に発生するため、これをモニターし即座に送電装置1から警報信号を発信させる。また、非接触電力伝送システムとは別に用意するシステム管理者(或いはユーザー)の手元に有る通信機にも、当該警報信号が受信されるように構成し、システム管理者等が即座に異常を知ることができるようにする。
[4. When a sudden abnormality is detected]
The power stop similar to the above-mentioned item 3 is performed. However, when the power receiving device 2 is lost for some reason, the power supplement as described above by the
次に、上述の個々の要素の機能、設定に関して記載する。電池9の状態は、その充電率が20〜90%の範囲内に維持されるように、より好ましくは40%〜60%に維持されるように制御を行う。これは、充電率が90%を超えると電池の特性が急激に劣化するため、これを防止し、一方、充電率が20%より低下した状態だと、必要な時に必要な電力を電池から供給できなくなるため、これを防止することを目的としている。
Next, the functions and settings of the individual elements described above will be described. The state of the
なお、負荷10の待機時(待機電力のみ消化時)には、充電率が下限に近くなるまで電池9から負荷へ電力を供給する。負荷10がONからOFF状態になった場合には、充電率が上限に近くなるまで電力を供給する。これにより電池或いはキャパシタへの充放電回数を必要最低限にできるため、電池或いはキャパシタの特性劣化を最小限にして製品寿命を延ばすことができる。特に電池充電時には温度が低い時に行われないように、装置に仕込む温度モニターやタイマーなどにより制御を掛けるようにする。
When the
電池9の充放電状態の情報として、充電回数、温度の情報を受電装置2内のメモリ29に記憶する。それらの情報を、予め送電通信部5及び受電通信部8に組込んだリストと比較し、当該リストの規定から外れた場合には、速やかにユーザーやシステム管理者への通報機能を起動させる構成とする。
Information on the number of times of charging and temperature is stored in the
特に送電通信部5には、自己の装置内に音、光による通報機能を持つと共に、非接触電力伝送システムとは別の通信装置への通信も可能なように構成することが望ましい。これにより、ユーザーへの通報が確実に行われるような機能を持たせる。更に、受電装置2が喪失された場合には、即座に送電停止命令を発信すると同時に、その通報信号が優先出力されるようにハードソフト上の設定をしておくことが望ましい。
In particular, it is desirable that the power
<実施の形態2>
図4は、実施の形態2における非接触電力伝送システムを構成する送電装置1aの構成例を示すブロック図である。この送電装置1aは、実施の形態1における送電装置1が電池6(或いはキャパシタ)を搭載し、そのための構成が追加されたものである。他の構成は、実施の形態1と同様であり、同一の要素については同一の参照番号を付して、説明の繰り返しを省略する。
<Embodiment 2>
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of the power transmission device 1a configuring the contactless power transmission system according to the second embodiment. In the power transmission device 1a, the
送電装置1aには電池6が搭載されるため、DDコンバータ30から電力供給される保護回路31が付加される。保護回路31を介した電力により充電回路32は、電池6を充電する。また、保護回路31からインバーター17、フィルター18、送電コイル11を介して非接触電力伝送する機能を持つ。これらの動作は、制御部33により制御される。また充電回数、温度の情報を記憶するメモリ34が設けられ、制御部33の動作に用いられる。
Since the battery 6 is mounted on the power transmission device 1a, a
この送電装置1aを用いた非接触電力伝送システムの基本的な動作は、実施の形態1の場合と同様であるが、各種の状態における本実施の形態に特有の動作について、以下に説明する。 The basic operation of the non-contact power transmission system using the power transmission device 1a is the same as that of the first embodiment, but operations unique to the present embodiment in various states will be described below.
[1.負荷10が動作OFFの状態の場合]
受電装置2の電池9の充電率が、負荷10の待機電力により設定レベルより減少したときには、受電通信部8から送電通信部5に通信して、送電装置1aに搭載の電池6から電力を供給し、送電コイル11と受電コイル21を介して非接触で電力を受電装置2の電池9に供給することができる。
[1. When the
When the charging rate of the
[2.負荷10が動作ONの状態の場合]
送電装置1aから電力を供給する動作の時に、外部電源13から電力を供給する代わりに、若しくは外部電源13と同時に、送電装置1aに搭載した電池6から電力を供給し、送電コイル11と受電コイル21を介して非接触で電力を受電装置2に供給することが出来る。
[2. When
Instead of supplying power from the
[3.負荷10の電源がオン状態からオフ状態になった時]
外部電源13からの電力供給が完全に停止するまでに送電回路12a内に残る電力を、送電装置1a内に搭載した電池6に電力として蓄える。また受電回路22内に残る電力を受電装置2内に搭載した電池9に電力として蓄える。
[3. When the power supply of the
The power remaining in the
[4.急激な異常が検出された時]
上述の第3項と同様に、外部電源13からの電力供給が完全に停止するまでに送電回路12a内に残る電力を、送電装置1a内に搭載した電池6に電力として蓄える。あるいは、受電回路22内に残る電力を受電装置2内に搭載した電池9に電力として蓄える。
[4. When a sudden abnormality is detected]
Similarly to the above-mentioned third term, the power remaining in the
各要素の機能、設定に関しては、実施の形態1に記載の受電装置2の電池管理機能を送電装置1aにも持たせる。 Regarding the function and setting of each element, the power transmission device 1a is also provided with the battery management function of the power receiving device 2 described in the first embodiment.
なお、以上の実施の形態1及び2の非接触電力伝送システムを構成する送電装置1または1a、及び受電装置2のいずれか、あるいは双方を、複数台組合わせて非接触電力伝送システムを構成とすることができる。この場合も、受電装置は必ず電池又はキャパシタを搭載し、送電装置は、電池又はキャパシタが搭載される構成と、搭載されない構成を選択することができる。
Note that a non-contact power transmission system is configured by combining a plurality of
但し、搭載する通信機能を高度化し、1対1通信ではなく、送電装置をホストとするスター型の通信、或いは受電装置も相互通信を行うメッシュ通信などを行う構成とする。これにより、送電装置に対する通信以外にも、受電装置が相互連携して非接触電力伝送、電池管理及びユーザーへの通報を行うことができる。 However, the communication function to be installed is advanced, and not star-to-point communication but star-type communication using a power transmission device as a host, or mesh communication in which a power reception device also performs mutual communication, and the like. Accordingly, in addition to communication with the power transmission device, the power reception devices can cooperate with each other to perform non-contact power transmission, battery management, and notification to the user.
<実施の形態3>
実施の形態3における非接触電力伝送システムを模式的に、図5Aに斜視図で示す。図5Bは、その側面図である。
<Embodiment 3>
A non-contact power transmission system according to Embodiment 3 is schematically shown in a perspective view in FIG. 5A. FIG. 5B is a side view thereof.
このシステムは、送電装置1と受電装置2の対に対して、その中間位置に配置する電力中継装置40を設けた構成を有する。送電装置1と受電装置2は、隔壁3aの両面に対向させて設置され、隔壁3aを挟んで電力の伝送を行う。電力中継装置40は隔壁3a内に埋設され、送受電部41、中継通信部42、及び電池43(またはキャパシタ。以下同様)により構成される。
This system has a configuration in which a
電力中継装置40は、送電機能と受電機能を一体として有する。すなわち、送受電部41は、中継受電部と中継送電部を備え、送電装置1から伝送される電力を受け取り、その電力を、受電装置2に向けて非接触で伝送する。
The
電力中継装置40の構成は、図6のブロック図で示すように、中継受電部41a、中継送電部41b、通信部42、及び電池43を含む。中継受電部41a及び中継送電部41bが、図5Aに示した送受電部41を構成する。中継受電部41aの受電回路22a及び中継送電部41bの送電回路12aの構成は、図2B、図2Aに示した実施の形態1おける受電回路22及び送電回路12aと実質的に同様である。従って、中継受電部41a及び中継送電部41bの動作も受電部7及び送電部4の動作と基本的には同様であり、同一の要素については同一の参照番号を付して、説明を簡略化する。
The configuration of the
この電力中継装置40の動作は、次のとおりである。まず、送電装置1から伝送される電力を、中継受電部41aの受電コイル21により非接触で受け取り、これを整流器23、DDコンバーター24、保護回路26、及び充電回路27を通して電池43に電力を蓄える。または、整流器23、DDコンバーター24、及び保護回路26を通した直流電力を、中継送電部41bのインバーター17に供給する。インバーター17が出力する交流電力を、フィルター18と送電コイル11を介して受電装置2に向けて出力する。
The operation of the
この時、電力中継装置40では電池43をDC電源として利用できるため、中継送電部41bでは力率改善回路などは不要となる。更には、外部電源より安定した電源とすることができるため、それを直接インバーター17を介してAC電力とすることが可能となる。
At this time, since the
図5Aの構成とは異なり、電力中継装置40は、送電装置が一つで受電装置が複数の場合に電力を中継することも可能である。送電装置が複数で受電装置が一つ、或いは送電装置も受電装置も複数の場合も、電力の中継ポイントとして機能することは可能である。送電装置、電力中継装置40、及び受電装置も含めた相互通信を行うメッシュ通信などを行い、相互連携して非接触電力伝送、電池管理及びユーザーへの通報を行う構成とすることができる。
Unlike the configuration of FIG. 5A, the
上記構成と同様の電力中継装置40を用いた非接触電力伝送システム変形例を、図7に斜視図で模式的に示す。この例では、送電装置1及び電力中継装置40を隔壁3の両面に設置し、受電装置2aを隔壁3から離れて配置している。この構成の配置は、図5Aと実質的に同様であり、同様の効果が得られる。受電装置2aは、上述の受電装置2と同様の構成であるが、負荷10(図示省略)を含んでいる。
A modification of the non-contact power transmission system using the
また、図8には、非接触電力伝送システムの他の変形例を模式的に示す。この例では、図7と同様に、隔壁3の両面に設置された送電装置1及び電力中継装置40、及び隔壁3から離れて配置された受電装置2a(負荷を含む)を有する。さらに、受電装置2aを挟んで隔壁3の反対側に第2の隔壁3bが存在し、この第2の隔壁3bの面に、受電装置2aと対向させて第2の電力中継装置40aが配置されている。第2の電力中継装置40aは、電力中継装置40と同様の構成である。この非接触電力伝送システムは、基本的な機能は図5Aと実質的に同様であり、同様の効果が得られるが、さらに、電力中継の効果を向上させることができる。
FIG. 8 schematically shows another modification of the non-contact power transmission system. In this example, similarly to FIG. 7, the
なお、以上の実施の形態に記載の非接触電力伝送システムは、隔壁を介した場合、主には見通しが利かない隔壁を介した場合でも、上記機能が適切に働くように構成する。このために、通信機能にはシステム管理者がその使用環境に応じてファームウエアのアップデートが可能なような機構を持たせることが望ましい。その他防水機構、防塵機構、電磁波漏えい対策を行いながらも、電池やキャパシタの寿命を通信部にて検出した場合に取り換えが容易に行われるような機構を具備することが望ましい。 Note that the non-contact power transmission system described in the above embodiment is configured so that the above functions work properly even when the partition wall is used, and even when the partition wall is mainly unsightly. Therefore, it is desirable that the communication function has a mechanism that allows the system administrator to update the firmware according to the usage environment. It is desirable to provide a mechanism that can be easily replaced when the life of the battery or capacitor is detected by the communication unit while taking measures against water leakage, dust, and electromagnetic leakage.
本発明の非接触電力伝送システムによれば、電池を搭載した受電装置を用いることにより、負荷変動時や異常にも十分な速度で対応して、コイルの共振状態を利用した高効率の非接触電力伝送を、常に安定して行うことが可能であり、大容量の情報通信と無線電力伝送が一体となった監視カメラ等に有用である。 According to the non-contact power transmission system of the present invention, a high-efficiency non-contact using the resonance state of the coil can be used at a sufficient speed in response to load fluctuations and abnormalities by using a power receiving device equipped with a battery. Power transmission can be performed stably at all times, and is useful for surveillance cameras and the like in which large-capacity information communication and wireless power transmission are integrated.
1、1a 送電装置
2、2a 受電装置
3、3a、3b 隔壁
4、41b 送電部
5 送電通信部
6、9、43 電池
7、41a 受電部
8 受電通信部
10 負荷
11 送電コイル
12、12a 送電回路
13 外部電源
14 力率改善回路
15、16、24、25、30 DDコンバーター
17 インバーター
18 ローパスフィルター
19 ドライバー
20、28、33 制御部
21 受電コイル
22、22a 受電回路
23 整流器
26、31 保護回路
27、32 充電回路
29、34 メモリ
40、40a 電力中継装置
41 送受電部
41a 中継受電部
41b 中継送電部
42 中継通信部
1, 1a
Claims (11)
共振容量に相当するコンデンサが付加された受電コイルと受電回路からなる受電部及び受電通信部を有する受電装置とを備え、
前記送電コイルと前記受電コイルの間の作用により隔壁を介して前記送電装置から前記受電装置へ非接触で電力伝送を行い外部負荷に電力を供給するともに、前記送電通信部と前記受電通信部の間の通信による情報に基づき前記電力伝送を制御するように構成された非接触電力伝送システムにおいて、
前記受電装置は、電池またはキャパシタからなる第1蓄電部を備え、前記送電装置から伝送される電力により前記第1蓄電部を所定の範囲の充電率に充電して、前記第1蓄電部の電力を前記外部負荷に供給可能とする制御を行い、当該制御に伴う前記送電装置に対する前記電力伝送の実行または停止を前記通信により指令し、
前記受電装置から電力を供給する対象の外部負荷が、電源OFFからONに変化したときに、電源立ち上げ時の電力を前記第1蓄電部から供給し、その後、前記通信により指令した前記送電装置からの送電による電力を前記外部負荷に対して供給することを特徴とする非接触電力伝送システム。 A power transmission device having a power transmission coil and a power transmission communication unit each including a power transmission coil and a power transmission circuit to which a capacitor corresponding to a resonance capacitor is added; and
A power receiving coil having a power receiving coil to which a capacitor corresponding to a resonance capacity is added, a power receiving unit including a power receiving circuit, and a power receiving communication unit;
The power transmission coil and the power reception coil transmit power from the power transmission device to the power reception device via the partition wall by the action between the power transmission coil and the power reception coil to supply power to an external load. In a non-contact power transmission system configured to control the power transmission based on information by communication between,
The power receiving device includes a first power storage unit made of a battery or a capacitor, and the power of the first power storage unit is charged by charging the first power storage unit to a predetermined range with the power transmitted from the power transmission device. Control to enable supply to the external load, command the execution or stop of the power transmission to the power transmission device accompanying the control by the communication ,
When the external load to which power is supplied from the power receiving device changes from power OFF to ON, the power at the time of starting the power is supplied from the first power storage unit, and then the power transmitting device instructed by the communication A non-contact power transmission system for supplying power from power transmission to the external load .
前記送電装置から伝送される電力を、前記中継受電部により非接触で受け取り、受け取った電力を前記中継送電部により前記受電装置に非接触で伝送する請求項1に記載の非接触電力伝送システム。 A power relay device including a relay power reception unit having a function corresponding to the power reception unit, and a relay power transmission unit having a function corresponding to the power transmission unit;
The contactless power transmission system according to claim 1, wherein the power transmitted from the power transmission device is received by the relay power reception unit in a contactless manner, and the received power is transmitted to the power reception device in a contactless manner by the relay power transmission unit.
前記送電回路が発生した電力の少なくとも一部を前記第2蓄電部に蓄積可能である請求項1に記載の非接触電力伝送システム。 The power transmission device includes a second power storage unit including a battery or a capacitor,
The contactless power transmission system according to claim 1, wherein at least part of the power generated by the power transmission circuit can be stored in the second power storage unit.
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