JP6302383B2 - 非接触給電装置 - Google Patents

Description

本発明は、アクチュエータに非接触で給電する非接触給電装置に関する。

従来より、超音波モータのようなアクチュエータに無線給電することが知られており、特許文献１には、送電側にインバータ回路とこれに接続される一次コイルを設け、受電側に一次コイルから受電する二次コイルと受電回路と超音波モータ駆動回路（インバータ回路）と超音波モータを設けることが記載されている。

特開２００３−７０１７０号公報

しかしながら、上記特許文献１の構成では、非接触給電で超音波モータを作動させるために、送電側と受電側の両方にインバータ回路が必要であるため、構成部品が多くなり、高コストの要因となる。

本発明は上記点に鑑み、簡素な構成でアクチュエータに非接触で給電可能な非接触給電装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、所定周波数の交流電圧を印加することで作動するアクチュエータ（２０）を備える非接触給電装置であって、
前記所定周波数と同一周波数の交流電圧を出力するインバータ回路（１０）と、前記インバータ回路（１０）の出力端子と接続された送電アンテナ（１１、１２）と、前記送電アンテナ（１１、１２）から所定間隔を設けて配置され、前記送電アンテナ（１１、１２）から送電される交流電力を受電する受電アンテナ（２１、２２）とを備え、
前記受電アンテナ（２１、２２）の端子と前記アクチュエータ（２０）の入力端子が直接接続されており、
前記アクチュエータは、圧電部材に前記所定周波数の交流電圧を印加することで、前記圧電部材を超音波振動させて作動する超音波モータ（２０）であり、
前記超音波モータ（２０）は、２極の入力端子を有し、前記２極の入力端子に９０°の位相差が設けられた交流電圧が印加されることで作動する進行波式の超音波モータであり、
前記インバータ回路（１０）は、２極の出力端子を有し、前記２極の出力端子から９０°の位相差で交流電圧を出力可能となっており、
前記送電アンテナ（１１、１２）は、互いに直交するように配置され、位相差９０°で円偏波を放射する２軸の放射軸を有し、
前記受電アンテナ（２１、２２）は、互いに直交するように配置され、前記超音波モータ（２０）の入力端子に直接接続された２軸の放射軸を有していることを特徴としている。

このように、送電側に設けたインバータ回路（１０）でアクチュエータ（２０）の駆動周波数と同一周波数の交流電圧を出力し、受電側に設けた受電アンテナ（２１、２２）と超音波モータ（２０）の入力端子を直接接続することで、受電側にはインバータ回路を設ける必要がない。これにより、非接触給電装置の受電側の構成部品を大幅に削減することができ、低コスト化を図ることができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

非接触給電装置を備える車両用空調装置の概念図である。 非接触給電装置の回路図である。 送電コイルおよび受電コイルの変形例を示す図である。

以下、本発明の非接触給電装置１を車両用空調装置１００に適用した実施形態について図１、図２に基づいて説明する。

図１に示すように、本実施形態では、非接触給電で作動する超音波モータ２０を車両用空調装置１００の吹出口切替ドア１０６を作動させるためのアクチュエータとして用いている。車両用空調装置１００には、空調ダクト１０１が設けられている。空調ダクト１０１は、図示しない送風機から送られた空調風が通過する空気通路を構成しており、吸入口１０２、第１吹出口１０３、第２吹出口１０４を備えている。吸入口１０２から空調ダクト１０１の内部に導入された空調風は、第１吹出口１０３または第２吹出口１０４から車室内に吹き出される。

第１吹出口１０３と第２吹出口１０４の間は、仕切り部１０５で仕切られている。仕切り部１０５は、空調ダクト１０１に固定された固定部材であり、空調ダクト１０１内で空気流れ方向に沿って配置されている。仕切り部材１０５の空気流れ方向上流側の先端部には、吹出口切替ドア１０６が設けられている。

吹出口切替ドア１０６は、回転軸１０６ａを中心に回動する可動部材であり、空調ダクト１０１内を流れる空調風の通風路を第１吹出口１０３または第２吹出口１０４に切り替えることが可能になっている。図１において、吹出口切替ドア１０６が上方に移動した場合には、第１吹出口１０３への通路が閉鎖され、空調風は第２吹出口１０４に流れる。一方、吹出口切替ドア１０６が下方に移動した場合には、第２吹出口１０４への通路が閉鎖され、空調風は第１吹出口１０３に流れる。

吹出口切替ドア１０６の回転軸１０６ａには、超音波モータ２０が設けられており、吹出口切替ドア１０６には、受電アンテナ２１、２２が設けられている。超音波モータ２０が作動することで、吹出口切替ドア１０６が回動するようになっている。

本実施形態の超音波モータ２０は、駆動周波数が８０ｋＨｚとなっている。また、本実施形態の超音波モータ２０は、９０°の位相差を持つ交流電圧が印加されることで作動する進行波式の回転型超音波モータとして構成されている。

空調ダクト１０１の近傍には、送電アンテナ１１、１２を設定するための送電アンテナ設置部材１０７が設けられている。送電アンテナ設置部材１０７は、空調ダクト１０１の外部において、吹出口切替ドア１０６から５ｃｍ程度離れた位置に設けられている。

図２に示すように、本実施形態の非接触給電装置１には、送電側の構成部品として、インバータ回路１０、第１送電アンテナ１１、第２送電アンテナ１２、第１送電側整合回路１３、第２送電側整合回路１４、制御回路１５が設けられている。これらの送電側の構成部品１０〜１５は、空調ダクト１０１の外部に設けられている。

インバータ回路１０は、超音波モータ２０の駆動周波数（本実施形態では８０ｋＨｚ）と同一周波数の交流電圧を出力する。インバータ回路１０は、２極の出力端子１０ａ、１０ｂと、共通のグランド端子１０ｃを備えている。インバータ回路１０は、２極の出力端子１０ａ、１０ｂから９０°の位相差で交流電圧を出力するようになっている。

インバータ回路１０の２極の出力端子１０ａ、１０ｂには、それぞれ送電側整合回路１３、１４を介して送電アンテナ１１、１２が接続されている。送電アンテナ１１、１２は、送電アンテナ設置部材１０７の内部に設けられている。本実施形態の送電アンテナ１１、１２は、コイルアンテナ（ループアンテナ）であり、図示しない磁性体コアがそれぞれ設けられている。また、送電側整合回路１３、１４は、送電アンテナ１１、１２からの送電を効率よく行うために設けられている。

本実施形態の送電アンテナ１１、１２は、互いに直交する２軸の放射軸を有しており、インバータ回路１０からそれぞれ９０°位相が異なる交流電流が供給されることで、位相差９０°で円偏波が放射（送信）される。インバータ回路１０は、制御回路１５からの制御信号に基づいて、２極の出力端子１０ａ、１０ｂから出力される交流電圧の位相をそれぞれ０°→９０°または９０°→０°のように切り替えることができる。

また、本実施形態の非接触給電装置１には、受電側の構成部品として、超音波モータ２０、第１受電アンテナ２１、第２受電アンテナ２２、第１受電側整合回路２３、第２受電側整合回路２４が設けられている。これらの受電側の構成部品２０〜２４は、空調ダクト１０１の内部に設けられている。

超音波モータ２０は、所定周波数の交流電圧が印加されることで作動するアクチュエータであり、所定周波数の交流電圧が印加されることで超音波振動する圧電部材（圧電素子）を備えている。超音波モータ２０は、２極の入力端子２０ａ、２０ｂと、共通のグランド端子２０ｃを備えている。

第１受電アンテナ２１および第２受電アンテナ２２は、それぞれ受電側整合回路２３、２４を介して超音波モータ２０の２極の入力端子２０ａ、２０ｂに接続されている。受電アンテナ２１、２２は、吹出口切替ドア２０の内部に設けられている。本実施形態の受電アンテナ２１、２２は、送電アンテナ１１、１２と同様のコイルアンテナ（ループアンテナ）であり、図示しない磁性体コアがそれぞれ設けられている。また、受電側整合回路２３、２４は、受電アンテナ２１、２２での受電を効率よく行うために設けられている。

本実施形態の受電アンテナ２１、２２は、互いに直交する２軸の放射軸を有しており、送電アンテナ１１、１２から送電される電力を受電可能となっている。送電アンテナ１１、１２と受電アンテナ２１、２２は、所定間隔（本実施形態では５ｃｍ程度）を設けて配置されている。第１受電アンテナ２１は第１送電アンテナ１１と平行に配置され、第１送電アンテナ１１から送電された電力を受電可能となっており、第２受電アンテナ２２は第２送電アンテナ１２と平行に配置され、第２送電アンテナ１２から送電された電力を受電可能となっている。

上記構成の非接触給電装置１は以下のように作動する。まず、インバータ回路１０から超音波モータ２０の駆動周波数と同一周波数（本実施形態では８０ｋＨｚ）の交流電圧を９０°の位相差を設けて出力すると、第１送電アンテナ１１および第２送電アンテナ１２には、それぞれ９０°位相が異なる交流電流（本実施形態では数十ｍＡ）が流れる。

受電アンテナ２１、２２では、送電アンテナ１１、１２から送電された電力を電磁誘導によって受電することができる。受電アンテナ２１、２２にて受電した電力は、超音波モータ２０に供給される。つまり、第１受電アンテナ２１および第２受電アンテナ２２から９０°の位相差を持つ交流電圧（周波数８０ｋＨｚ）が超音波モータ２０の入力端子２０ａ、２０ｂに印加されることとなる。これにより、超音波モータ２０が作動し、車両用空調装置１００の吹出口切替ドア１０６が回転軸１０６ａを中心に回動し、空調風の吹出口を切り替えることができる。

インバータ回路１０の出力をオフにすることで、超音波モータ２０が停止し、吹出口切替ドア１０６の回動が停止する。また、インバータ回路１０の２極の出力端子１０ａ、１０ｂのそれぞれに出力される交流電流の位相を逆（０°→９０°または９０°→０°）にすることで、超音波モータ２０を逆回転させることができ、吹出口切替ドア１０６を反対方向に回動させることができる。

以上説明した本実施形態によれば、送電側に設けたインバータ回路１０で超音波モータ２０の駆動周波数と同一周波数の交流電圧を出力し、受電側に設けた受電アンテナ２１、２２と超音波モータ２０の入力端子２０ａ、２０ｂを直接接続することで、受電側にはインバータ回路を設ける必要がない。これにより、非接触給電装置１の受電側の構成部品を大幅に削減することができ、低コスト化を図ることができる。

また、車両用空調装置１００では、空調ダクト１０１等の形状が複雑になり、内部に設けられた超音波モータ２０への配線が難しいことがある。このような場合に、本実施形態の非接触給電装置１を用い、非接触給電で内部の超音波モータ２０に電力供給することが有効である。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

例えば、上記実施形態では、図３（ａ）に示すように、送電アンテナ１１、１２や受電アンテナ２１、２２を送電アンテナ設置部材１０７や吹出口切替ドア１０６の板面に沿って配置された円筒状のコイルアンテナとして構成したが、これらのコイルアンテナを異なる構成としてもよい。例えば、図３（ｂ）に示すように、一方のコイルアンテナ１１、２１を送電アンテナ設置部材１０７や吹出口切替ドア１０６の板面と平行に配置された渦巻き状のコイルアンテナとし、他方のコイルアンテナ１２、２２を送電アンテナ設置部材１０７や吹出口切替ドア１０６の周囲に巻き付けられたコイルアンテナとしてもよい。あるいは、図３（ｃ）に示すように、一方のコイルアンテナ１１、２１を送電アンテナ設置部材１０７や吹出口切替ドア１０６の板面と平行に配置された渦巻き状のコイルアンテナとし、他方のコイルアンテナ１２、２２を螺旋状の円筒状のコイルアンテナとしてもよい。この場合、受電アンテナ２１、２２であれば、渦巻き状の受電アンテナ２１を吹出口切替ドア１０６に設け、円筒状の受電アンテナ２２を吹出口切替ドア１０６の回転軸１０６ａに設ければよい。

また、上記実施形態では、受電アンテナ２１、２２を可動部材である吹出口切替ドア１０６に設けたが、これに限らず、受電アンテナ２１、２２を固定部材である仕切り部材１０５に設けてもよい。

また、上記実施形態では、吹出口切替ドア１０６を回転軸１０６ａを中心に回動する回動式ドアとしたが、これに限らず、吹出口切替ドア１０６をスライド移動するスライドドアとしてもよい。

また、上記実施形態では、非接触給電装置１を車両用空調装置１００の吹出口切替ドア１０６を作動させるために用いたが、これに限らず、非接触給電装置１を車両用空調装置１００の吹出口切替ドア１０６以外の部材を作動させるために用いてもよく、さらに非接触給電装置１を車両用空調装置１００以外の用途に用いてもよい。

また、上記実施形態では、超音波モータ２０を回転型超音波モータとして構成したが、これに限らず、入力端子が一極の直線型超音波モータとしてもよい。

また、上記実施形態では、超音波モータ２０および受電側アンテナ２１、２２を一組設けたが、これに限らず、超音波モータおよび受電側アンテナを複数組設けてもよい。この場合、複数の超音波モータの駆動周波数を同一とし、この駆動周波数と同一の周波数の交流電圧をインバータ回路にて出力することで、複数の超音波モータを同時に作動させることができる。あるいは、複数の超音波モータの駆動周波数をそれぞれ異ならせ、各駆動周波数に対応する周波数の交流電圧をインバータ回路で切り替えて出力することで、非接触給電で作動する超音波モータを切り替えることができる。

また、上記実施形態では、非接触給電装置１によって超音波モータ２０に非接触給電するように構成したが、所定周波数の交流電圧が印加されることで作動するアクチュエータに非接触給電すればよく、超音波モータ以外のアクチュエータを用いてもよい。

また、上記実施形態では、送電側整合回路１３、１４および受電側整合回路２３、２４を設けたが、これらの整合回路は必ずしも設ける必要はない。

また、上記実施形態では、送電アンテナ１１、１２および受電アンテナ２１、２２にコイルアンテナ（ループアンテナ）を用いた電磁誘導によって非接触給電するように構成したが、これに限らず、電磁界の共鳴現象を利用した磁界共鳴方式によって非接触給電するようにしてもよい。

１０ インバータ回路
１１ 第１送電アンテナ
１２ 第２送電アンテナ
２０ 超音波モータ
２１ 第１受電アンテナ
２２ 第２受電アンテナ
１０１ 空調ダクト
１０６ 吹出口切替ドア（ドア部材）

Claims (5)

1. 所定周波数の交流電圧を印加することで作動するアクチュエータ（２０）を備える非接触給電装置であって、
   前記所定周波数と同一周波数の交流電圧を出力するインバータ回路（１０）と、
   前記インバータ回路（１０）の出力端子と接続された送電アンテナ（１１、１２）と、
   前記送電アンテナ（１１、１２）から所定間隔を設けて配置され、前記送電アンテナ（１１、１２）から送電される交流電力を受電する受電アンテナ（２１、２２）とを備え、
   前記受電アンテナ（２１、２２）の端子と前記アクチュエータ（２０）の入力端子が直接接続されており、
   前記アクチュエータは、圧電部材に前記所定周波数の交流電圧を印加することで、前記圧電部材を超音波振動させて作動する超音波モータ（２０）であり、
   前記超音波モータ（２０）は、２極の入力端子を有し、前記２極の入力端子に９０°の位相差が設けられた交流電圧が印加されることで作動する進行波式の超音波モータであり、
   前記インバータ回路（１０）は、２極の出力端子を有し、前記２極の出力端子から９０°の位相差で交流電圧を出力可能となっており、
   前記送電アンテナ（１１、１２）は、互いに直交するように配置され、位相差９０°で円偏波を放射する２軸の放射軸を有し、
   前記受電アンテナ（２１、２２）は、互いに直交するように配置され、前記超音波モータ（２０）の入力端子に直接接続された２軸の放射軸を有していることを特徴とする非接触給電装置。
2. 前記インバータ回路（１０）の２極の出力端子のうち、一方の出力端子から出力される交流電圧の位相と、他方の出力端子から出力される交流電圧の位相とを切り替える制御手段（２５）を備えることを特徴とする請求項１に記載の非接触給電装置。
3. 前記アクチュエータ（２０）を作動させることによって、空調ダクト（１０１）内を流れる空調風の通風路を切り替えるドア部材（１０６）を開閉することを特徴とする請求項１または２に記載の非接触給電装置。
4. 前記ドア部材（１０６）は回転軸（１０６ａ）を中心として回動する回動式ドアであることを特徴とする請求項３に記載の非接触給電装置。
5. 前記ドア部材（１０６）は、スライド移動するスライドドアであることを特徴とする請求項３に記載の非接触給電装置。

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