JP4639773B2

JP4639773B2 - 非接触給電装置

Info

Publication number: JP4639773B2
Application number: JP2004339412A
Authority: JP
Inventors: 宏二丸山; 崇林; 靖貝梅; 新一樋口; 達之四蔵
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2024-11-24
Also published as: JP2006149168A

Description

この発明は、例えば二次電池を使用した電子機器の充電回路に用いて好適な、電磁誘導利用の非接触給電装置に関する。

従来、二次電池を使用する電子機器に対し商用電源から電力供給を行なう場合、１）コネクタを使用し直接電源線を電子機器に接続する方法、２）給電装置と被給電装置である電子機器に給電コイル，受電コイルを設け、電磁誘導作用により非接触（無接点）で電力供給を行なうものなどがある。
１）の場合は、コネクタ接点の磨耗や汚れにより接触不良が発生し、信頼性に問題がある。一方、２）の場合は接触不良の問題は解消されるが、被給電装置を給電装置に対して厳密に位置合わせをして装填する必要があるだけでなく、被給電装置と給電装置は１対１の関係であるため機器毎に給電装置が必要となり、ユーザにとって利便性が良いとは言い難い。

そこで、例えば特許文献１では複数の給電コイルを設け、被給電装置の置き方に自由度を持たせるものが開示されており、図７にその一例を示す。図示のように、給電装置としてのドッキングベイ１１に複数の給電コイル１２を並列接続し、被給電装置としてのコンピュータ３１の受電コイル３２に対し、電磁誘導にて電力供給するものである。
また、図８は特許文献２に開示されている例を示し、給電装置となる充電装置１に駆動回路２および誘導コイル３，４等を設け、充電装置１から被給電装置となるポータブル電子機器５，６に電力を供給するものである。

特開平１１−１４３６００号公報（第４−５頁、図１，２）特開平１０−２２５０２０号公報（第４−６頁、図１）

ところで、電子機器に対して電力供給を行なう場合、上記図７の例では複数のコイルを常に駆動しておく必要があり、給電回路の消費電力が増大するという問題がある。また、上記図８の例では、予め定められた場所に被給電装置を装填する必要があり、置き方の自由度について考慮されていないという問題がある。
したがって、この発明の課題は、被給電装置の置き方に対する自由度を高めるとともに、複数台の電子機器に対して同時に電力供給が可能で、しかも消費電力の少ない非接触給電装置を提供することにある。

このような課題を解決するため、請求項１の発明では、被給電装置に対して電磁誘導により電力の供給を行なう非接触給電装置において、
マトリックス状配線の各交点に配置される給電コイルと、行列の配線ごとにスイッチ素子を接続してなるドライブ回路と、前記被給電装置の位置検出回路とを設け、被給電装置の置かれた位置を検出して前記スイッチ素子を選択的にオン，オフ駆動することを特徴とする。

上記請求項１の発明においては、前記被給電装置に発信回路を設け、前記給電装置に設けた共振コイルにより被給電装置の発信回路出力信号を検知することで、被給電装置の位置検出を行なうことができる（請求項２の発明）。

この発明によれば、被給電装置の給電装置に対する置き方の自由度が高まるだけでなく、複数台の被給電装置に対しても同時に電力供給が可能となり、加えて消費電力の低減が可能となる。さらに、電磁誘導作用による被給電装置以外の金属物の、発熱を防止することができる。

図１はこの発明の第１の実施の形態を示す構成図である。
ここで、給電装置１００は交流電源ＡＣＶを直流に変換する整流回路１０１、給電コイルＬＩａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃの駆動を行なう共振回路１０２等から構成されており、給電コイルが３個の例である。すなわち、図７，８の従来例に対し、給電コイルＬＩａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃにそれぞれスイッチＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ，ＳＷ１ｃを直列に接続するとともに、被給電装置２００がどの位置に置かれたかを検出する検出手段として、位置検出回路１０３を付加した点が特徴である。

動作について説明する。
いま、共振コイルＬ２，コンデンサＣ２，整流回路２０１，蓄電池ＢＴおよび負荷２０２等からなる被給電装置２００が給電装置１００上に置かれたとすると、給電装置１００ではまず位置検出回路１０３により、被給電装置２００がどの位置に置かれたかを検出する。位置検出回路１０３は上記検出結果に基き、被給電装置２００の共振コイルＬ２に対して最も効率よく磁気結合可能な給電コイルを選択し、給電コイルに対するスイッチをオンする。

図１の状態では、給電コイルＬ１ｂが被給電装置の共振コイルに対して物理的な位置が最も近いので、スイッチＳＷ１ｂだけをオンさせる。共振回路の給電コイルＬ１ｂだけを駆動し、被給電装置に電力供給をすることができる。以上述べた給電コイルはその形状を例えば平面とし、これを多数個隣り合わせてシート形状やパッド形状の給電装置を構成すれば、被給電装置の給電装置に対する置き方の自由度が高まるだけでなく、特定の給電コイルのみを駆動すればよいので、回路消費電力を低減することができる。また、被給電装置が２台以上の場合には給電コイルを台数に合わせて駆動させることにより、複数台の被給電装置に対して同時に電力供給を行なうことができる。

図２は図１に示す給電コイルの接続例を示す回路構成図である。
給電コイルが多数個の場合、各給電コイルに接続するスイッチの数は給電コイルと同数必要となる。そこで、図２では電源（＋Ｖ）とグランド（ＧＮＤ）間で網目状に接続した「行」配線と、「列」配線の各交点部分に給電コイルＬ１を1個ずつ接続してコイル・マトリックスを組み、「行」配線に接続したスイッチング素子ＳＷ１（図２ではＮＰＮトランジスタ）と、「列」配線に接続したスイッチング素子ＳＷ２（図２ではＰＮＰトランジスタ）とを接続して、ドライブ回路を形成している。このように、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２を組み合わせてオン，オフすることで、少ない数のスイッチにより特定のコイルを選択的に駆動することができる。

図３は給電コイルの別の接続例を示す回路構成図で、図２の改良例を示す。
図２の場合、実際に選択した給電コイル以外のコイルを迂回する不要な電流ループが形成されることがある。そこで、図３のように各給電コイルＬ１にダイオードＤ１を直列に接続することで、不要な電流ループを形成しないようにする。

図４にこの発明の第２の実施の形態を示す。
ここでは、被給電装置２００にはコイルＬ３と発信回路２０３を付加し、給電装置１００にはコイルＬ０ａ，Ｌ０ｂ，Ｌ０ｃおよびコンデンサＣ０ａ，Ｃ０ｂ，Ｃ０ｃからなる共振コイルを付加した点が特徴である。

図４の動作を説明する。
被給電装置２００の発信回路２０３は、予め定められた周波数で定期的にコイルＬ３を駆動する。いま、給電装置の或る場所に被給電装置が置かれた場合、物理的に最も近い共振コイル（図４ではＬ０ｂ）がこの被給電装置からの信号を検知する。各共振コイルは給電コイルと１対１の関係で配置されているので、これにより被給電装置の位置が検出され、対応するスイッチＳＷ１ｂをオンする。以下の動作は前述の通り、共振回路が選択された給電コイルだけを駆動し、被給電装置に電力供給を行なうことができる。なお、被給電装置からの発信信号を検知する共振コイル（Ｌ０ａ，Ｌ０ｂ，Ｌ０ｃ）は、給電コイルＬ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃの巻線の一部または全部を使用するなどの方法で単一部品として使用することも可能である。

図５にこの発明の第３の実施の形態を示す。
ここでは、コイルＬ０ａ，Ｌ０ｂ，Ｌ０ｃおよびコンデンサＣ０ａ，Ｃ０ｂ，Ｃ０ｃからなる共振コイルを、各給電コイルＬ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃに対応させて設けた点が特徴である。位置検出回路はこの共振コイルのインピーダンスまたは共振周波数を監視し、被給電装置が給電装置上に置かれた場合、被給電装置のコイルＬ２に近い共振コイルのインピーダンスまたは共振周波数値変化が最も高くなることを利用することで、位置検出が可能となる。そして、位置検出をしたら対応するスイッチをオンして電力供給を行なうことができる。

図６にこの発明の第４の実施の形態を示す。
電磁誘導作用を用いた非接触給電装置では、被給電装置以外の金属物が載せられた場合、給電コイルから発生する磁束が金属物に鎖交し、過電流により金属物が発熱するという問題がある。図６はこれに対処するもので、各給電コイルに対して電流検出器ＣＴ１ａ，ＣＴ１ｂ，ＣＴ１ｃを設けて構成される。給電装置の共振回路では、給電コイル（Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃ）とコンデンサ（Ｃ１ａ，Ｃ１ｂ，Ｃ１ｃ）との共振現象を利用し、予め定めた周波数でスイッチングを行なっている。被給電装置に対し通常の電力供給を行なっている場合に比べ、金属物が置かれた場合には回路インピーダンスが変化するため、給電コイルの電流にも変化が生じる。この電流値の変化を電流検出器ＣＴ１ａ，ＣＴ１ｂ，ＣＴ１ｃにて検出し、対応するスイッチをオフすることで、給電コイルの駆動を停止することができる。

この発明の第１の実施の形態を示す構成図給電コイルの第１の接続例を示す構成図給電コイルの第２の接続例を示す構成図この発明の第２の実施の形態を示す構成図この発明の第３の実施の形態を示す構成図この発明の第４の実施の形態を示す構成図第１の従来例を示す構成図第２の従来例を示す構成図

符号の説明

１００…給電装置、１０１，２０１…整流回路、１０２…共振回路、１０３，１０３ａ〜１０３ｃ…位置検出回路、２００…被給電装置、２０２…負荷、２０３…発信回路、ＡＣＶ…交流電源、ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｃ…スイッチ、Ｌ１ａ〜Ｌ１ｃ…給電コイル、Ｌ１〜Ｌ３，Ｌ０ａ〜Ｌ０ｃ…コイル、Ｃ２，Ｃ１ａ〜Ｃ１ｃ…コンデンサ、ＢＴ…蓄電池、Ｄ１…ダイオード、ＣＴ１ａ〜ＣＴｃ…検出回路。

Claims

被給電装置に対して電磁誘導により電力の供給を行なう非接触給電装置において、
マトリックス状配線の各交点に配置される給電コイルと、行列の配線ごとにスイッチ素子を接続してなるドライブ回路と、前記被給電装置の位置検出回路とを設け、被給電装置の置かれた位置を検出して前記スイッチ素子を選択的にオン，オフ駆動することを特徴とする非接触給電装置。
前記被給電装置に発信回路を設け、前記給電装置に設けた共振コイルにより被給電装置の発信回路出力信号を検知することで、被給電装置の位置検出を行なうことを特徴とする請求項１に記載の非接触給電装置。