JP5767342B2 - ワイヤレス充電装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤレス充電技術に関し、低コストで高効率であり、特に、電子たばこに適したワイヤレス充電装置に関する。

現在、ワイヤレス充電装置は、互いに直列に接続された状態で電源に電気接続された電子スイッチ及び送信コイルを備えている。電子スイッチのオン／オフは、パルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラにより制御される。上記送信コイルは、電子スイッチを介して電源に接続されている。通常、上記電子スイッチとしては、高出力の電界効果切替スイッチがその機能を果たしている。この電子スイッチ上では、動的抵抗により高い発熱量が発生するため、電子スイッチの働きを調整するには、広い面積のヒートシンクが必要であるが、これはコストを増大させ、特に低コストで小型の製品とするにあたって弊害を生じる。電子たばこ用ワイヤレス充電装置を作製するこのような従来の方法によると、ヒートシンクが必要であり、例えば、その有効放熱面積は３×３ｃｍ^２以上であり、コストは約２人民元となる。さらに、電子スイッチがオフのときは、電力送信コイルは送信を行わず、受信効率が低くなるため、この両者により電界効果切替スイッチの発熱過剰が引き起こされる。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、電子スイッチの発熱が減少し、ヒートシンクに要する面積が大幅に減少又は更に除去されるワイヤレス充電装置を提供することを目的とする。

本発明の一局面に係るワイヤレス充電装置は、互いに直列に接続されて電源に電気接続する電子スイッチ及び送信コイルを備える。電子スイッチの制御端部は、送信制御ユニットに接続されている。このワイヤレス充電装置は、さらに、送信コイルと直列接続されている電流制限抵抗を備える。追加された当該電流制限抵抗は、従来よりも、電子スイッチを通過する電流を制限して減少させるため、電子スイッチ上の発熱を効果的に減少させる。これにより、電子スイッチの疲労を防止することが可能である。さらに、この電流制限抵抗は、抵抗値が比較的低く、約１〜５オームとでき（静的抵抗は、更に抵抗が低く、約０．０１〜５オームである）、これは、２０〜１００オームといった大きな抵抗値が必要になる動的抵抗に比べると、無視することも可能となる。したがって、従来技術においてみられた電力損失の問題、送信効率が低い、受信効率が低い等の問題を回避できる。また、従来懸念されていた抵抗の高発熱も回避できる。

本発明の実施の形態において、前記ワイヤレス充電装置は、送信コイルと並列接続される補償コンデンサを更に備えていてもよい。ＰＷＭ制御の場合、電力送信は上記電子スイッチがオンの際に行われるが、このワイヤレス充電装置では、電子スイッチがオフの間も上記送信コイル及び補償コンデンサにより回路が形成されるため、電力送信が行われる（送信効率が向上する）。但し、電子スイッチは、当該電子スイッチがオフの間は通過する電流がないため、発熱しない。したがって、このワイヤレス充電装置によれば、電力送信が行われているとき（電界効果切替スイッチのデューティサイクルを減らすことが可能）、電子スイッチを通過する電流は著しく減少し、電子スイッチ上の発熱も減少するため、回路安定性が向上する。

なお、前記補償コンデンサは、モノマーコンデンサ、又は組み合せコンデンサである。

前記電子スイッチには、面積が小さいヒートシンクを用いる。特に限定されないが、実施形態において、前記電子スイッチは、ヒートシンクの近傍に実装されている直接挿入素子とされる。ヒートシンクは、特定のものに限定されず、前記電子スイッチが表面実装素子であれば、発熱を伴う前記電子スイッチに相当する内部回路基板上の位置における広い領域（２×２ｃｍ^２）に、ヒートシンクとして銅板を設けてもよい。これにより、コストを約０．３人民元にまで減らすことができる可能性がある。

このワイヤレス充電装置は、電子たばこの充電に適用され、電子たばこと結合される挿入穴又はスリーブを更に備えるため、電子たばことの間で挿入式の完全な電磁結合構造が形成される。これにより、電力受信効率が大幅に向上するため、電子スイッチを通過する電流を効率よく減少させることができる。

前記ワイヤレス充電装置は、挿入穴又はスリーブに設けられている光検出器を更に備える。前記光検出器は、送信制御ユニットと電気接続されている。

また、ワイヤレス充電装置は、１つ以上の送信コイルと、それに対応する各挿入穴又はスリーブとを有し、これにより、多数の電子たばこを同時に充電することを可能にしている。

前記電子スイッチは、電界効果切替スイッチ又は三極管を備えるが、これに限定されるものではない。

前記電流制限抵抗は、モノマー抵抗、又は、２つの抵抗に分かれて当該各抵抗における発熱を更に減少させることができる組合せ抵抗である。

本発明では、従来の送信回路に対して、電流制限抵抗及び補償コンデンサが更に採用されている。また、本発明では、挿入式の完全な電磁結合構造及び挿入検出機構が採用され、これは特に電子たばこの充電に適している。従来技術のワイヤレス充電装置と比べると、本発明に係るワイヤレス充電装置は、（１）高効率、（２）安定した作業状態、（３）低発熱、ヒートシンクを除去できる又は面積を大幅に減少させることができる、（４）自動での検出及び充電と、エネルギー保存とが可能であり、また環境に優しい、という効果をもたらす。

図１は、本発明の一実施の形態に係る電子たばこの概略図である。 図２は、本発明の一実施の形態に係る電子たばこ用ワイヤレス充電装置の概略図である。 図３は、本発明の一実施の形態に係る電子たばこ及びワイヤレス充電装置の回路原理を示す回路図である。 図４は、図３における電子たばこの回路構造を示す回路図である。 図５は、図３におけるワイヤレス充電装置の回路構造を示す回路図である。

図１に、本発明に係る電子たばこの構成を示す。当該電子たばこは、電子たばこ本体に取付けられる電池１２と、電池１２に対向する位置となる電子たばこの端部に設けられる受信コイル１１とが備えられる。受信コイル１１は、図３及び図４ではＬ２として示している。

図２に、本発明に係る電子たばこ用ワイヤレス充電装置の構成を示す。当該ワイヤレス充電装置は、回路基板２１と、スリーブ２３と、電子たばこが挿入されたことを検出する光検出器２４と、送信コイル２２とが備えられる。送信コイル２２は、図３及び図５ではＬ１として示している。送信コイル２２は、電子たばこの受信コイル１１が挿入されたときの位置に相当するスリーブ２３の外側部分の位置に巻き付けられている。電子たばこが挿入された状態では、受信コイル１１は送信コイル２２の内部に位置し、当該受信コイル１１及び送信コイル２２の２つのコイルの軸の方向が一致するため、挿入式の完全な電磁結合構造が形成される。

図３を参照すると、電子たばこの回路は、電池と、電熱線Ｒと、受信コイルＬ２と、整流ユニットを含む受信回路及び制御部とを備える。ワイヤレス充電装置の回路は、互いに直列に電気接続されて電源に接続される電子スイッチと送信コイルＬ１とを備えている。電子スイッチには、送信制御ユニットが設けられている。送信コイルＬ１及び受信コイルＬ２は、互いに協働するように構成されている。

図４及び図５に、本発明に係るワイヤレス充電装置及び電子たばこの詳細な回路構造を示す。この電子たばこには、充電行程に関与する受信コイルＬ２、整流ダイオードＤ７、コンデンサ、及び電圧レギュレーターダイオードＺＤ４が、従来の電子たばこの回路（電池、制御チップＵ２、電熱線Ｒ及び噴霧器スイッチＳ１を備える）に追加されている。本発明に係るワイヤレス充電装置は、送信制御チップＵ１と、電子スイッチＱ１と、送信コイルＬ１と、送信効率を向上させるために送信コイルＬ１に並列接続されている補償コンデンサＣ１と、送信コイルＬ１内の電流を減らして更にヒートシンク量を減らすために送信コイルＬ１に直列接続されている電流制限抵抗器Ｒ１と、送信制御ユニットＵ１に電気接続される光検出器２４とを備える。光検出器２４は、発光部と受光部とを含んでいる。電源が接続されると、発光部は常に発光する。受光部が光を受光しなくなったときに、送信制御ユニットＵ１が充電制御のために起動する。

本発明に係るワイヤレス充電装置は、電子たばこへの適用に好適である。これによれば、利用者は充電中にも喫煙できる。このため、電子たばこが更に販売促進され、従来のたばこによる喫煙に悩まされている喫煙者は、健康を害することなく喫煙を低コストで楽しむことができる。

以上、本発明について上記実施の形態を示して説明したが、本発明の主旨及び原理に逸脱しない限り、当該実施の形態は、特許請求の範囲及び同類のものに該当する全ての変更、代替及び修正を行ってもよいことが、当業者には理解されるべきである。

Claims (1)

1. 互いに直列に接続されて電源に電気接続する電子スイッチ及び送信コイル（Ｌ１）を備え、前記電子スイッチの制御端部が送信制御ユニットに接続され、前記送信コイルに直列接続されている電流制限抵抗（Ｒ１）を備え、
   電子たばこの充電に使用され、当該電子たばこを前記送信コイル（Ｌ１）に結合する挿入穴又はスリーブ（２３）と、
   前記挿入穴又は前記スリーブ（２３）に設けられ、前記送信制御ユニットに電気接続される光検出器（２４）を更に備えるワイヤレス充電装置。