JP6722462B2 - 磁界形成装置、給電装置、受電装置、受給電装置、携帯機器、コイル装置、及び磁界形成方法 - Google Patents
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Description
(磁界形成装置:概要)
図1に示すように、磁界形成装置101は、一方のコイル端141a側の第1電流経路141と、他方のコイル端142a側の第2電流経路142とを介して変動電流が供給されることにより変動磁界を発生する複数の送電コイル111・112と、第1電流経路141及び第2電流経路142の少なくとも一方の電流経路中に配置された共振用コンデンサ151・151と、送電コイル111・112の少なくとも一つについて第1電流経路141及び第2電流経路142の端部141a・142a同士を短絡可能にして送電共振器とし得る送電コイル短絡機構1313とを有している。
『送電コイル111・112』は、スパイラル型やソレノイド型、ループ型がコイルの種類として例示されるものであり、外部から供給された変動電流により送電共振器となった送電コイル111・112に誘導電流を生じさせるコイルである。ここで、『変動電流』とは、(1)0アンペアを挟んでプラス側及びマイナス側に交互に変動する状態の電流、(2)プラス側において変動する状態の電流、(3)マイナス側において変動する状態の電流、(4)及びこれら状態(1)〜(3)の2以上を組み合わせた状態の電流の何れかを意味する。
図11に示すように、上記のように構成された磁界形成装置101は、外部の電源PSに接続可能な発振制御装置131(電流出力制御装置の一例)を有している。尚、以後の説明においては、3個の送電コイル111・112・113を備えた磁界形成装置101について説明するが、これに限定されるものではない。
発振器1312は、電源PSから出力される電流を受けるとともに、任意の発振周波数の変動電流を出力可能にされている。発振器1312は、各種用途の磁界形成装置101に容易に適用できるように、発振周波数を変更可能であることが好ましい。また、発振器1312は、出力先の送電コイル111・112・113の仕様に応じて発振周波数や電圧、電流を個別に変更可能にされていてもよい。
図12に示すように、送電コイル短絡機構1313は、発振器1312からの変動電流を各送電コイル111・112・113に切り替え可能に出力するスイッチ機構と、各送電コイル111・112・113の第1電流経路141及び第2電流経路142の端部141a・142a同士を短絡可能にする短絡機構とを有している。
以上の発振制御装置131は、送電コイル短絡機構1313が電流経路切替器の一部機能を備えた場合について説明したが、これに限定されるものはなく、図13に示すように、送電コイル短絡機構1313Aと電流経路切替器1311とをそれぞれ独立して備えていてもよい。この場合は、短絡のための制御と、電流切り替えのための制御とを分離することができるため、制御が容易になる。
電流経路切替器1311は、発振器1312からの変動電流を各送電コイル111・112・113に切り替え可能に出力するスイッチ機構を有している。スイッチ機構は、複数のスイッチ部を有している。これらの各スイッチ部は、入力端と出力端との接続(オン状態)と離隔(オフ状態)とを切り替え可能になっている。全てのスイッチ部の入力端は、発振器1312に接続されている。一方、出力端は、各送電コイル111・112・113にそれぞれ接続されている。これにより、スイッチ機構は、オン状態のスイッチ部に接続された送電コイル111・112・113に対してだけ発振器1312からの変動電流を流通させるようになっている。
図15に示すように、上記のように構成された磁界形成装置101が給電装置に適用された場合について説明する。即ち、磁界形成装置101が、給電装置としての充電器7に搭載され、充電器7に設けられた駆動機器5の受電装置である受電モジュール9に電力を無線伝送により供給するように構成された場合について説明する。
充電器7は、受電装置を備えた携帯機器等の駆動機器5が載置される収容カップ6と、収容カップ6の収容領域Bに、受電モジュール9の向きや位置に拘わらずに受電可能にする変動磁界を発生させる磁界形成装置101とを有している。尚、収容カップ6は、複数の駆動機器5が収容領域Bに同時に配置される構成にされていてもよい。換言すれば、収容カップ6の収容領域Bは、複数の駆動機器5を収容可能な容積に設定されていてもよい。
上記の充電器7により充電及び作動される駆動機器5としては、携帯機器が例示される。携帯機器は、「ハンドヘルド(手で持つことが可能)」及び「ウェアラブル(身体に装着可能:人体装着機器)」の何れの機器も含む。具体的には、携帯機器は、ポータブルコンピュータ(ラップトップ、ノートパソコン、タブレットPC等)や、ヘッドセット、カメラ、音響機器・AV機器(携帯音楽プレーヤー、ICレコーダー、ポータブルDVDプレーヤー等)、計算機(ポケットコンピュータ、電卓)、ゲーム機、コンピュータ周辺機器(携帯プリンター、携帯スキャナ、携帯モデム等)、専用情報機器(電子辞書、電子手帳、電子書籍、ポータブルデータターミナル等)、携帯通信端末、音声通信端末(携帯電話、PHS、衛星電話、第三者無線、アマチュア無線、特定小電力無線・パーソナル無線・市民ラジオ等)、データ通信端末(携帯電話・PHS(フィーチャーフォン・スマートフォン)、ポケットベル等)、放送受信機 (テレビ・ラジオ)、携帯ラジオ、携帯テレビ、ワンセグ、その他機器(腕時計、懐中時計)、補聴器、ハンドヘルドGPS、防犯ブザー、懐中電灯・ペンライト、電池パック等を例示することができる。また、『補聴器』は、耳掛け型補聴器、耳穴型補聴器、メガネ型補聴器を例示することができる。尚、駆動機器5は、パーソナルコンピュータ等の据置型機器であってもよい。
駆動機器5は、磁界により受電する受電コイル機構2を有している。また、駆動機器5は、受電コイル機構2の他、受電コイル機構2から電力が供給される電力制御回路91と、磁性部材4とを有している。受電コイル機構2と電力制御回路91と磁性部材4とは、受電モジュール9として一体化されている。受電モジュール9は、二次電池10に接続されている。
電力制御回路91は、回路基板に実装されている。
図17及び図18に示すように、電力制御回路91は、大容量コンデンサを前段蓄電部920として備えていてもよい。前段蓄電部920は、後段の電気部品の最低作動電圧以上で放電する容量を有しており、受電電圧が変動する場合に好適である。ここで、『電気部品』とは、二次電池や電子回路基板の他、電力の供給により作動する全ての駆動機器を含む。『最低作動電圧』とは、電気部品を正常に作動させるための最低電圧を意味する。例えば、二次電池における最低作動電圧は、二次電池の充電ICが正常に動作するための最低電圧である。
駆動機構11としては、電力を運動エネルギに変換するスピーカやモータ等の部品を組み込んだ機構、電力を光エネルギに変換するLED光源やレーザ光源等の部品を組み込んだ発光機構や照明機構、マイコンが例示されるが、電力により作動するあらゆる種類の機器を適用可能である。受電コイル機構2は、機械的に非接触な状態で給電される無線給電に対応する構成にされている。無線給電としては、電磁誘導方式や磁界共鳴方式(磁気共鳴方式)が例示される。
二次電池10は、充放電可能な電池について全ての種類を適用することができる。例えば、鉛蓄電池、制御弁式鉛蓄電池、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、リン酸鉄リチウムイオン電池、リチウム・硫黄電池、チタン酸・リチウム電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素充電池、ニッケル・鉄電池、ニッケル・リチウム電池、ニッケル・亜鉛電池、充電式アルカリ電池、ナトリウム・硫黄電池、レドックス・フロー電池、亜鉛・臭素フロー電池、シリコン電池、銀亜鉛電池(Silver−Zinc)等を二次電池10として例示することができる。
2 受電コイル機構
3 給電コイル機構
4 磁性部材
5 駆動機器
6収容カップ
7 充電器
8 給電モジュール
9 受電モジュール
10 二次電池
21 受電コイル
22 受電共振器
31 給電コイル
111 送電コイル
112 送電コイル
131 発振制御装置
1111 送電用子コイル
1112 送電用子コイル
1311 電流経路切替器
1312 発振器
A 所定領域
B 収容領域
Claims (10)
- 一方のコイル端側の第1電流経路と、他方のコイル端側の第2電流経路とを介して変動電流が供給されることにより変動磁界を発生する複数の送電コイルと、
前記第1電流経路及び前記第2電流経路の少なくとも一方の電流経路中に配置された共振用コンデンサと、
前記送電コイルの少なくとも一つについて、前記第1電流経路及び前記第2電流経路の端部同士を短絡可能にして送電共振器へ所定のタイミング及び期間の組み合わせで繰り返して切り替え可能な送電コイル短絡機構と、
前記送電コイルの全部を除く少なくとも一つの前記送電コイルからなる複数の出力先のうちの1つの出力先に対して変動電流を出力し、且つその変動電流を出力する出力先を繰り返して切り替え可能な出力先切替機構と
を有することを特徴とする磁界形成装置。 - 変動磁界を所定領域に発生させる磁界形成装置であって、
全ての前記送電コイルは、コイル面が前記所定領域に対向するように配置されており、
少なくとも一つの前記送電コイルは、他の前記送電コイルのコイル面方向に対して交差するコイル面方向を有するように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の磁界形成装置。 - 変動磁界を所定領域に発生させる磁界形成装置であって、
全ての前記送電コイルは、コイル面が前記所定領域に対向するように配置されており、
少なくとも一つの前記送電コイルは、他の前記送電コイルのコイル面方向に対して平行するコイル面方向を有するように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の磁界形成装置。 - 前記出力先切替機構は、
前記変動電流を前記送電コイルの何れにも出力しない停止処理を所定のタイミング及び期間の組み合わせで実行することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の磁界形成装置。 - 請求項1乃至4の何れか1項に記載の磁界形成装置を備えたことを特徴とする給電装置。
- 請求項1乃至4の何れか1項に記載の磁界形成装置を備えた給電装置と、
前記給電装置における前記変動磁界により受電する受電機構を備えた受電装置とを有することを特徴とする受給電装置。 - 請求項1乃至3の何れか1項に記載の磁界形成装置を備えた給電装置と、
前記給電装置における前記変動磁界により受電する受電機構を備えた受電装置とを有し、
前記受電装置は、
前記出力先切替機構における前記変動電流の出力先の切り替えが行われている期間、後段の電気部品の最低作動電圧以上で放電する容量を有した大容量コンデンサを有することを特徴とする受給電装置。 - 請求項4に記載の磁界形成装置を備えた給電装置と、
前記給電装置における前記変動磁界により受電する受電機構を備えた受電装置とを有し、
前記受電装置は、
前記出力先切替機構における前記変動電流の出力先の切り替えが行われている期間、後段の電気部品の最低作動電圧以上で放電する容量を有した大容量コンデンサを有し、
前記大容量コンデンサは、
前記出力先切替機構が、前記変動電流を前記送電コイルの何れにも流さない停止処理の期間、後段の電気部品の最低作動電圧以上で放電する容量を有していることを特徴とする
受給電装置。 - 複数のコイルと、
一方のコイル端側の第1電流経路と、他方のコイル端側の第2電流経路とを介して前記コイルに変動電流を供給する変動電流供給機構と、
前記第1電流経路及び前記第2電流経路の少なくとも一方の電流経路中に配置された共振用コンデンサと、
前記第1電流経路及び前記第2電流経路の端部同士を短絡可能にして送電共振器へ所定のタイミング及び期間の組み合わせで繰り返して切り替え可能なコイル短絡機構と、
前記コイルの全部を除く少なくとも一つの前記コイルからなる複数の出力先のうちの1つの出力先に対して前記変動電流供給機構の変動電流を出力し、且つその変動電流を出力する出力先を繰り返して切り替え可能な出力先切替機構と
を有することを特徴とするコイル装置。 - 一方のコイル端側の第1電流経路と、他方のコイル端側の第2電流経路とを介して変動電流が供給されることにより変動磁界を発生し、前記第1電流経路及び前記第2電流経路の少なくとも一方の電流経路中に共振用コンデンサが配置された複数の送電コイルの少なくとも一つについて、前記第1電流経路及び前記第2電流経路の端部同士を短絡することにより送電共振器へ所定のタイミング及び期間の組み合わせで繰り返して切り替え、
前記送電コイルの全部を除く少なくとも一つの前記送電コイルからなる複数の出力先のうちの1つの出力先に対して変動電流を出力し、且つその変動電流を出力する出力先を繰り返して切り替えることを特徴とする磁界形成方法。
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