JP6252589B2 - 無線送電装置及び無線電力伝送システム - Google Patents
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Description
まず、本開示に係る一態様の着眼点について説明する。無線電力伝送システムにおいて電力伝送を行う際に送電コイルまたは受電コイルの近傍に金属異物があると、金属異物に渦電流が発生して発熱する可能性がある。さらに、送電コイルと受電コイルの位置が大きくずれている場合、漏れ磁束によりコイル外の金属異物を加熱するリスクも生じる。従って、送受電コイルの位置あわせは、安全に無線電力伝送をするために望まれている。
図1は、本開示の第1の実施形態に係る無線電力伝送システムの概略構成を示すブロック図である。この無線電力伝送システムは、送電装置100と受電装置200とを備え、送電装置100から受電装置200へ無線で電力を伝送することができる。送電装置100は、例えばワイヤレス充電器であり、受電装置200は、例えば携帯情報端末や電気自動車などの二次電池を備えた機器であり得る。送電装置100は、受電装置200に送電するだけでなく、受電装置200における受電コイルの位置が適切な位置(充電可能な位置)にあるか否かを検出することができる。この検出を、本明細書では「位置あわせ」と呼ぶ。その検出結果は、例えば送電装置100または受電装置200に設けられた光源、ディスプレイ、スピーカーなどから光、映像、音声などの情報として使用者に通知され得る。このような機能により、使用者は、受電装置200を送電装置100に近づける際、送電可能な適切な位置に到達したことを知ることができるため、受電装置200の位置あわせを容易に行うことができる。
次に、本開示の第2の実施形態に係る無線電力伝送システムを説明する。本実施形態では、送電装置100における検出共振器が送電共振器の機能を兼ねている点が実施形態1と異なっている。以下、実施形態1と異なる点を中心に説明し、重複する事項についての記載は省略する。
続いて本開示の第3の実施形態に係る無線電力伝送システムを説明する。本実施形態では、送電装置100が2つ以上の周波数で発振することにより、物体の種類の検出および受電コイルL2の位置あわせの両方を行うことができる点で実施形態2と異なっている。以下、実施形態2と異なる点を中心に説明し、重複する事項についての説明は省略する。
以上、実施形態1〜3に係る無線送電装置および無線電力伝送システムを説明したが、本開示は、これらに限定されるものではない。ただし、受電側のコンデンサC20と送電側のL10が位置決めの重要な役目を果たすため、使用するアプリケーションに応じて適切な値を選定する必要がある。以下、他の実施形態を例示する。
次に、本開示の実施例1を説明する。本実施例の回路図は、図10に示すものと同一である。発振回路150は、図示されるように、ロジックICを用いたピアス発振回路を採用した。送電回路160はフルブリッジ型のインバータを用いたが、位置あわせ時の評価の際はトランジスタQ1〜Q4をオフとし、スイッチS1、S2、S3はオンとした。評価には、直径(φ)40mmの検出コイル(=送電コイル)と、φ34mmの受電コイルを用いた。検出コイルに、受電コイルが図16に示すようにX軸方向から近接した際の発振回路150の出力部f_OUTの発振周波数を測定した。発振回路の発振周波数は998kHzとなるようにL10、C1、C11、C12を設定した。受電コイルは1000kHzで共振するようにC2とC20とを設定した。
実施例1では、受電コイルの位置あわせの実現方法について述べた。ただし、1000kHzで共振した受電コイルが1000kHz付近で発振している検出コイルに近接する時は、金属板が検出コイルに近づいていることと類似した特性を示す。世の中には、金属性の硬貨も存在するため、この手法だけでは近接物体が受電コイルであるか硬貨であるか、判別しづらい。そこで、図10の構成において、スイッチS3をオフにした時の物体近接時の発振周波数の変化と、コイル端電圧Vppの特性変化を測定した。近接させる物体は1000kHzで共振するよう設定された受電コイルと、金属製の硬貨を用いた。
図19は、本開示の実施例3の回路図を示している。図19の構成と図10の構成との違いは、検出コイルL1の下に抵抗Rが存在する点のみである。実際のコイルは有限の導電率を有する導体で構成されるため、必ず抵抗成分Rが存在する。コイルのQ値は角周波数をωとして、Q=ωL/Rで表される。本実施例では、インダクタンスL1の値を固定して、Rの値を52〜1000mΩまで変化させることにより、Q値の変化によってコイル端電圧Vppがどのように変化するかを回路シミュレーションによって解析した。なお、発振回路のダンピング抵抗Rdは470Ω、1.1kΩ、2.2kΩの3種で検討した。
110 検出共振器
111 送電共振器
112,113 検出送電共振器
120 検出回路
130 制御回路
150 発振回路
160 送電回路
170 光源
200 受電装置
210 受電共振器
220 受電回路
230 制御回路
240 ディスプレイ
250 負荷
L1 検出コイル
L2 受電コイル
L3 送電コイル
C1,C20,C2,C3 コンデンサ
L10 (調整用)インダクタ
S1〜S3 スイッチ
I1 第1のインジケータ
I2 第2のインジケータ
Claims (13)
- 受電装置に非接触で電力を伝送する無線送電装置であって、
自励式の発振回路と、
前記発振回路の発振周波数または/かつ前記発振回路の出力電圧を検出する検出回路と、
前記受電装置の位置を検出するために前記発振回路で出力されたエネルギを出力する検出共振器と、
前記検出回路の検出結果に基づいて、前記受電装置と前記検出共振器への近接の程度を検出する制御回路と、
前記検出共振器に接続され、送電用の交流エネルギを出力する送電回路と、
前記検出共振器および前記発振回路の間の電流の導通状態を切り換える第1のスイッチと、
前記第1のスイッチをオンにして前記発振回路を動作させる位置あわせモード、および前記スイッチをオフにして前記送電回路を動作させる送電モードを切り替える制御回路とを備え、
前記検出共振器は、コンデンサと、前記発振回路に対して検出コイルと並列に接続されたインダクタとを含み、
前記無線送電装置は、前記発振回路から出力された電流の前記インダクタへの導通状態を切り換える第2のスイッチを備え、
前記検出回路は、前記第2のスイッチをオンにした状態およびオフにした状態の一方の状態で、前記発振周波数の変化に基づいて、近接物体が受電コイルであるか否かを検出し、他方の状態で、前記発振周波数の変化に基づいて、前記受電コイルの近接の程度を検出する無線送電装置。 - 前記検出回路は、前記発振周波数が予め設定された閾値よりも大きくなった時、前記受電装置と前記検出共振器との位置あわせが完了したことを示す情報を出力する、請求項1に記載の無線送電装置。
- 前記検出回路は、前記発振回路から出力される電圧の振幅が予め設定された閾値よりも小さくなった時、前記受電装置と前記検出共振器との位置あわせが完了したことを示す情報を出力する、
請求項1または2に記載の無線送電装置。 - 前記発振回路が発振している時の前記検出共振器のQ値は100以上である、請求項1から3のいずれかに記載の無線送電装置。
- 前記発振周波数は、受電装置の共振器の共振周波数と実質的同一である請求項1から4のいずれかに記載の無線送電装置。
- 前記発振周波数は、前記検出コイルの自己共振周波数よりも低く設定される、請求項1から5のいずれかに記載の無線送電装置。
- 前記発振周波数は、前記検出共振器の共振周波数よりも高く設定される、請求項1から6のいずれかに記載の無線送電装置。
- 前記検出回路の検出結果に基づいて光源を発光させる光源制御回路をさらに備える請求項1から7のいずれかに記載の無線送電装置。
- 前記光源制御回路は、前記検出回路が検出した前記受電コイルの前記検出コイルへの近接の程度に応じて発光させる光源を変化させる請求項8に記載の無線送電装置。
- 前記光源をさらに備える請求項8または9に記載の無線送電装置。
- 前記検出回路の検出結果を示す情報をディスプレイに表示させる表示制御回路をさらに備える請求項1から10のいずれかに記載の無線送電装置。
- 前記ディスプレイは、受電共振器を有する受電装置に搭載されている請求項11に記載の無線送電装置。
- 請求項1から11のいずれかに記載の無線送電装置と、
受電共振器を有する受電装置と、
を備える無線電力伝送システム。
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