非接触電力伝送装置
【課題】広範囲で電力伝送を行うことができる非接触電力伝送装置を提供することを目的とする。
【解決手段】送電コイルから受電コイルに対して電磁誘導により電力の供給を行なう非接触電力伝送装置において、略平行な交流磁場が発生する領域を形成する送電コイル５１と、十字型コア１２の一方の対向するアームに巻回された第１の受電コイル１１と、前記十字型コア１２の他方の対向するアームに巻回された第２の受電コイル２１を備え、前記領域内に第１の受電コイル１１および第２の受電コイル２１を配置する。
【解決手段】送電コイルから受電コイルに対して電磁誘導により電力の供給を行なう非接触電力伝送装置において、略平行な交流磁場が発生する領域を形成する送電コイル５１と、十字型コア１２の一方の対向するアームに巻回された第１の受電コイル１１と、前記十字型コア１２の他方の対向するアームに巻回された第２の受電コイル２１を備え、前記領域内に第１の受電コイル１１および第２の受電コイル２１を配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
広範囲で電力伝送を行うことができる非接触電力伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やデジタルカメラ、ノートパソコンなどの電子機器に対して非接触で電力を伝送する方式が普及してきている。送電装置に内蔵される送電コイルから発生する交流磁場により、電子機器に内蔵される受電コイルに電力を伝送する。そのため、受電コイルは送電コイルに近接させて配置する必要がある。受電コイルと送電コイルの相対位置がずれると、受電コイルの出力が大きく低下してしまう。
【０００３】
特許文献１には、電子機器を送電装置のケース上面のどこに載せても、送電コイルを移動させることにより位置決めを行う方法が記載されている。特許文献２には、複数の送電コイルを設け、受電コイルを載置した位置に対応する送電コイルのみを駆動する方法が記載されている。しかし、いずれも送電装置の構造が複雑であり、コストアップとなってしまう。
【０００４】
特許文献３には、薄板形状の磁性材料に送電コイルを巻回した送電装置により電力伝送を行う方法が記載されている。図５は、送電コイルと受電コイルの位置関係を示す図である。図中の矢印は磁束の向きを示す。送電コイル５１は平板状コア５２に巻回されている。受電コイル６１ａ、６１ｂは、それぞれ薄板形状のコア６２ａ、６２ｂに巻回されている。送電コイル５１により、平板状コア５２の側方に水平方向の磁場が形成される。この水平方向の磁場が形成される領域内において、受電コイル６１ａの巻軸と磁場の方向を合わせることで、位置ずれによる受電能力の低下を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２４７１９４号公報
【特許文献２】特開２００６−２４６６３３号公報
【特許文献３】特表２００７−５０５４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、送電コイル５１が形成する磁束の向きと受電コイルの巻軸の向きがずれてしまうと、受電コイルに鎖交する磁束が減少し、伝送効率が低下してしまう。特に、受電コイル６１ｂのように、磁束の向きと巻軸が９０°になると、受電コイル６１ｂに電力がほとんど伝送されなくなってしまう。
【０００７】
本発明はこのような問題を考慮してなされたものであり、簡易な構成であるとともに、広範囲で受電コイルの向きによらず効率良く電力伝送を行うことができる非接触電力伝送装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はこのような目的を達成するため、送電コイルから受電コイルに対して電磁誘導により電力の供給を行なう非接触電力伝送装置において、略平行な交流磁場が発生する領域を形成する送電コイルと、十字型コアの一方の対向するアームに巻回された第１の受電コイルと、前記十字型コアの他方の対向するアームに巻回された第２の受電コイルを備え、前記領域内に第１の受電コイルおよび第２の受電コイルを配置することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、簡易な構成であるとともに、広範囲で受電コイルの向きによらず効率良く電力伝送を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例における受電コイルの斜視図
【図２】本発明の一実施例における送電コイルと受電コイルの関係を示す斜視図
【図３】本発明の一実施例における送電コイルと受電コイルの関係を示す斜視図
【図４】本発明の一実施例における送電装置および受電装置の回路図
【図５】従来の送電コイルおよび受電コイルの斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施例における受電コイルについて説明する。図１は受電コイルの斜視図である。十字型コア１２に第１の受電コイル１１と第２の受電コイル２１が巻回されている。Ｓ１、Ｆ１はそれぞれ第１の受電コイル１１の巻始めと巻終りを示す。また、Ｓ２、Ｆ２はそれぞれ第２の受電コイル２１の巻始めと巻終りを示す。各受電コイルは、十字型コア１２の対向するアーム部にそれぞれ巻回されている。
【００１２】
第１の受電コイル１１は、十字型コア１２の一方の対向するアームの一端部から十字型コア１２の中央部を通って、一方の対向するアームの他端部に向かって巻回されている。 第２の受電コイル２１は、十字型コア１２の他方の対向するアームの一端部から十字型コア１２の中央部を通って、他方の対向するアームの他端部に向かって巻回されている。第１の受電コイル１１の巻軸と第２の受電コイル２１の巻軸は略直交するように構成されている。第１の受電コイル１１と第２の受電コイル２１はそれぞれ十字型コア１２の異なるアームに巻回されるため、受電部の厚みを薄くすることができる。
【００１３】
次に、本発明の一実施例における送電コイルおよび受電コイルについて説明する。図２は送電コイルと受電コイルの関係を示す斜視図である。図中の矢印は送電コイル５１により生成される磁束の向きを示す。送電コイル５１は平板状コア５２に巻回されている。送電コイル５１により、平板状コア５２の側方に水平方向に略平行な交流磁場が形成される。第１の受電コイル１１と第２の受電コイル２１は、送電コイル５１の表面上に載置することにより、水平方向の磁束が流れる領域内に配置される。すなわち、送電コイルから発生する磁束の向きと、第１の受電コイルおよび第２の受電コイルの巻軸が同一平面上になるように配置する。
【００１４】
図２に示すように、第２の受電コイル２１の巻軸は磁束の向きに対して９０°のとき、第２の受電コイル２１に磁束は鎖交せず、電力がほとんど伝送されない。しかし、第１の受電コイル１１の巻軸は磁束の向きと同一になるため、第１の受電コイル１１に対して、電力が効率よく伝送される。
【００１５】
図示していないが、第１の受電コイル１１の巻軸が磁束の向きに対して９０°になる場合には、第１の受電コイル１１に磁束は鎖交せず、電力がほとんど伝送されない。しかし、第２の受電コイル２１の巻軸は磁束の向きと同一になるため、第２の受電コイル２１に対して、電力が効率よく伝送される。
【００１６】
次に、図２における受電コイルを水平方向に４５°回転させた場合について説明する。図３はそのときの送電コイルと受電コイルの関係を示す斜視図である。図中の矢印は送電コイル５１により生成される磁束の向きを示す。第１の受電コイル１１と第２の受電コイル２１の巻軸は、送電コイル５１により生成される磁束の向きに対し、それぞれ４５°の位置にある。第１の受電コイル１１の巻軸の向きと磁束の向きに傾きがある分、図２と比較して第１の受電コイル１１を貫く磁束は減少し、伝送される電力は減少する。一方、第２の受電コイル２１については、図２と比較して第２の受電コイル２１を貫く磁束は増加し、伝送される電力は増加する。このように、十字型コア１２の対向するアームの両方で磁束を受けることができる。そのため、水平方向に受電コイルの向きが回転した場合にも、効率が大きく低下することなく電力伝送を行うことができる。
【００１７】
次に、本発明の受電コイルを用いた受電装置の回路について説明する。図４は本発明の一実施例における送電装置および受電装置の回路図である。送電装置５０は、駆動回路５６と送電コイル５１を備える。駆動回路５６は、直流電源Ｖｉｎより直流電圧が供給され、送電コイル５１に交流電力を供給する。駆動回路５６は、図示したような自励発振回路ではなく、他励発振回路を用いてもよい。
【００１８】
受電装置１０は、第１の受電コイル１１、第２の受電コイル２１、共振コンデンサ１５、２５、整流素子１６、２６、平滑コンデンサ１７を備える。第１の受電コイル１１および第２の受電コイル２１には、それぞれ共振コンデンサ１５、２５が並列に接続されている。また、第１の受電コイル１１および第２の受電コイル２１はそれぞれ整流素子１６、２６を介して並列に接続されている。送電コイル５１により発生する交流磁束によって、第１の受電コイル１１および第２の受電コイル２１に発生する誘導起電力は、それぞれ整流素子１６、２６により整流され、その出力は合成される。各整流素子１６、２６の出力は、平滑コンデンサ１７により平滑化され、受電装置１０の出力電圧Ｖｏｕｔが得られる。
【００１９】
本発明は、十字型コア１２に２つの受電コイルを巻回している。これにより、従来では受電コイルの向きを一方向に合わせておく必要があったが、受電コイルが回転しても受電能力が大きく低下することがなくなる。特に、受電コイルを水平方向に９０°回転させた場合でも受電能力が低下することがなくなる。また、送電コイル５１上すなわち略平行な交流磁場が生成される領域内であれば、広い範囲で受電可能とすることができる。送電コイルは、平板状コア５２に送電コイル５１を巻回するだけの簡易な構成とすることができる。そのため、薄型化が可能であり、安価に非接触電力伝送のシステムを構成することができる。
【００２０】
水平方向の磁束が流れる領域内に各受電コイルを配置するため、十字型コア１２の大きさは、平板状コア５２の大きさと比較して同じ程度か、または小さくするとよい。十字型コア１２および平板状コア５２は、それぞれ磁性材料であれば磁性シートやフェライトコア、アモルファスコアなどを用いてもよい。送電コイル５１を巻回するコア５２は平板状としたが、略平行な交流磁場が生成される領域を形成することができるのであれば、どのような形状を用いてもよい。
【符号の説明】
【００２１】
１０ 受電装置
１１ 第１の受電コイル
１２ 十字型コア
１５、２５ 共振コンデンサ
１６、２６ 整流素子
１７ 平滑コンデンサ
２１ 第２の受電コイル
５０ 送電装置
５１ 送電コイル
５２ 平板状コア
５６ 駆動回路
【技術分野】
【０００１】
広範囲で電力伝送を行うことができる非接触電力伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やデジタルカメラ、ノートパソコンなどの電子機器に対して非接触で電力を伝送する方式が普及してきている。送電装置に内蔵される送電コイルから発生する交流磁場により、電子機器に内蔵される受電コイルに電力を伝送する。そのため、受電コイルは送電コイルに近接させて配置する必要がある。受電コイルと送電コイルの相対位置がずれると、受電コイルの出力が大きく低下してしまう。
【０００３】
特許文献１には、電子機器を送電装置のケース上面のどこに載せても、送電コイルを移動させることにより位置決めを行う方法が記載されている。特許文献２には、複数の送電コイルを設け、受電コイルを載置した位置に対応する送電コイルのみを駆動する方法が記載されている。しかし、いずれも送電装置の構造が複雑であり、コストアップとなってしまう。
【０００４】
特許文献３には、薄板形状の磁性材料に送電コイルを巻回した送電装置により電力伝送を行う方法が記載されている。図５は、送電コイルと受電コイルの位置関係を示す図である。図中の矢印は磁束の向きを示す。送電コイル５１は平板状コア５２に巻回されている。受電コイル６１ａ、６１ｂは、それぞれ薄板形状のコア６２ａ、６２ｂに巻回されている。送電コイル５１により、平板状コア５２の側方に水平方向の磁場が形成される。この水平方向の磁場が形成される領域内において、受電コイル６１ａの巻軸と磁場の方向を合わせることで、位置ずれによる受電能力の低下を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２４７１９４号公報
【特許文献２】特開２００６−２４６６３３号公報
【特許文献３】特表２００７−５０５４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、送電コイル５１が形成する磁束の向きと受電コイルの巻軸の向きがずれてしまうと、受電コイルに鎖交する磁束が減少し、伝送効率が低下してしまう。特に、受電コイル６１ｂのように、磁束の向きと巻軸が９０°になると、受電コイル６１ｂに電力がほとんど伝送されなくなってしまう。
【０００７】
本発明はこのような問題を考慮してなされたものであり、簡易な構成であるとともに、広範囲で受電コイルの向きによらず効率良く電力伝送を行うことができる非接触電力伝送装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はこのような目的を達成するため、送電コイルから受電コイルに対して電磁誘導により電力の供給を行なう非接触電力伝送装置において、略平行な交流磁場が発生する領域を形成する送電コイルと、十字型コアの一方の対向するアームに巻回された第１の受電コイルと、前記十字型コアの他方の対向するアームに巻回された第２の受電コイルを備え、前記領域内に第１の受電コイルおよび第２の受電コイルを配置することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、簡易な構成であるとともに、広範囲で受電コイルの向きによらず効率良く電力伝送を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例における受電コイルの斜視図
【図２】本発明の一実施例における送電コイルと受電コイルの関係を示す斜視図
【図３】本発明の一実施例における送電コイルと受電コイルの関係を示す斜視図
【図４】本発明の一実施例における送電装置および受電装置の回路図
【図５】従来の送電コイルおよび受電コイルの斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施例における受電コイルについて説明する。図１は受電コイルの斜視図である。十字型コア１２に第１の受電コイル１１と第２の受電コイル２１が巻回されている。Ｓ１、Ｆ１はそれぞれ第１の受電コイル１１の巻始めと巻終りを示す。また、Ｓ２、Ｆ２はそれぞれ第２の受電コイル２１の巻始めと巻終りを示す。各受電コイルは、十字型コア１２の対向するアーム部にそれぞれ巻回されている。
【００１２】
第１の受電コイル１１は、十字型コア１２の一方の対向するアームの一端部から十字型コア１２の中央部を通って、一方の対向するアームの他端部に向かって巻回されている。 第２の受電コイル２１は、十字型コア１２の他方の対向するアームの一端部から十字型コア１２の中央部を通って、他方の対向するアームの他端部に向かって巻回されている。第１の受電コイル１１の巻軸と第２の受電コイル２１の巻軸は略直交するように構成されている。第１の受電コイル１１と第２の受電コイル２１はそれぞれ十字型コア１２の異なるアームに巻回されるため、受電部の厚みを薄くすることができる。
【００１３】
次に、本発明の一実施例における送電コイルおよび受電コイルについて説明する。図２は送電コイルと受電コイルの関係を示す斜視図である。図中の矢印は送電コイル５１により生成される磁束の向きを示す。送電コイル５１は平板状コア５２に巻回されている。送電コイル５１により、平板状コア５２の側方に水平方向に略平行な交流磁場が形成される。第１の受電コイル１１と第２の受電コイル２１は、送電コイル５１の表面上に載置することにより、水平方向の磁束が流れる領域内に配置される。すなわち、送電コイルから発生する磁束の向きと、第１の受電コイルおよび第２の受電コイルの巻軸が同一平面上になるように配置する。
【００１４】
図２に示すように、第２の受電コイル２１の巻軸は磁束の向きに対して９０°のとき、第２の受電コイル２１に磁束は鎖交せず、電力がほとんど伝送されない。しかし、第１の受電コイル１１の巻軸は磁束の向きと同一になるため、第１の受電コイル１１に対して、電力が効率よく伝送される。
【００１５】
図示していないが、第１の受電コイル１１の巻軸が磁束の向きに対して９０°になる場合には、第１の受電コイル１１に磁束は鎖交せず、電力がほとんど伝送されない。しかし、第２の受電コイル２１の巻軸は磁束の向きと同一になるため、第２の受電コイル２１に対して、電力が効率よく伝送される。
【００１６】
次に、図２における受電コイルを水平方向に４５°回転させた場合について説明する。図３はそのときの送電コイルと受電コイルの関係を示す斜視図である。図中の矢印は送電コイル５１により生成される磁束の向きを示す。第１の受電コイル１１と第２の受電コイル２１の巻軸は、送電コイル５１により生成される磁束の向きに対し、それぞれ４５°の位置にある。第１の受電コイル１１の巻軸の向きと磁束の向きに傾きがある分、図２と比較して第１の受電コイル１１を貫く磁束は減少し、伝送される電力は減少する。一方、第２の受電コイル２１については、図２と比較して第２の受電コイル２１を貫く磁束は増加し、伝送される電力は増加する。このように、十字型コア１２の対向するアームの両方で磁束を受けることができる。そのため、水平方向に受電コイルの向きが回転した場合にも、効率が大きく低下することなく電力伝送を行うことができる。
【００１７】
次に、本発明の受電コイルを用いた受電装置の回路について説明する。図４は本発明の一実施例における送電装置および受電装置の回路図である。送電装置５０は、駆動回路５６と送電コイル５１を備える。駆動回路５６は、直流電源Ｖｉｎより直流電圧が供給され、送電コイル５１に交流電力を供給する。駆動回路５６は、図示したような自励発振回路ではなく、他励発振回路を用いてもよい。
【００１８】
受電装置１０は、第１の受電コイル１１、第２の受電コイル２１、共振コンデンサ１５、２５、整流素子１６、２６、平滑コンデンサ１７を備える。第１の受電コイル１１および第２の受電コイル２１には、それぞれ共振コンデンサ１５、２５が並列に接続されている。また、第１の受電コイル１１および第２の受電コイル２１はそれぞれ整流素子１６、２６を介して並列に接続されている。送電コイル５１により発生する交流磁束によって、第１の受電コイル１１および第２の受電コイル２１に発生する誘導起電力は、それぞれ整流素子１６、２６により整流され、その出力は合成される。各整流素子１６、２６の出力は、平滑コンデンサ１７により平滑化され、受電装置１０の出力電圧Ｖｏｕｔが得られる。
【００１９】
本発明は、十字型コア１２に２つの受電コイルを巻回している。これにより、従来では受電コイルの向きを一方向に合わせておく必要があったが、受電コイルが回転しても受電能力が大きく低下することがなくなる。特に、受電コイルを水平方向に９０°回転させた場合でも受電能力が低下することがなくなる。また、送電コイル５１上すなわち略平行な交流磁場が生成される領域内であれば、広い範囲で受電可能とすることができる。送電コイルは、平板状コア５２に送電コイル５１を巻回するだけの簡易な構成とすることができる。そのため、薄型化が可能であり、安価に非接触電力伝送のシステムを構成することができる。
【００２０】
水平方向の磁束が流れる領域内に各受電コイルを配置するため、十字型コア１２の大きさは、平板状コア５２の大きさと比較して同じ程度か、または小さくするとよい。十字型コア１２および平板状コア５２は、それぞれ磁性材料であれば磁性シートやフェライトコア、アモルファスコアなどを用いてもよい。送電コイル５１を巻回するコア５２は平板状としたが、略平行な交流磁場が生成される領域を形成することができるのであれば、どのような形状を用いてもよい。
【符号の説明】
【００２１】
１０ 受電装置
１１ 第１の受電コイル
１２ 十字型コア
１５、２５ 共振コンデンサ
１６、２６ 整流素子
１７ 平滑コンデンサ
２１ 第２の受電コイル
５０ 送電装置
５１ 送電コイル
５２ 平板状コア
５６ 駆動回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電コイルから受電コイルに対して電磁誘導により電力の供給を行なう非接触電力伝送装置において、
略平行な交流磁場が発生する領域を形成する送電コイルと、
十字型コアの一方の対向するアームに巻回された第１の受電コイルと、
前記十字型コアの他方の対向するアームに巻回された第２の受電コイルを備え、
前記領域内に第１の受電コイルおよび第２の受電コイルを配置することを特徴とする非接触電力伝送装置。
【請求項２】
前記送電コイルは平板状コアに巻回されていることを特徴とする請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
【請求項３】
前記送電コイルの側方に発生する磁束の向きと、前記第１の受電コイルおよび第２の受電コイルの巻軸が同一平面上にあることを特徴とする請求項２に記載の非接触電力伝送装置。
【請求項４】
前記第１の受電コイルおよび第２の受電コイルの出力はそれぞれ整流後に合成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の非接触電力伝送装置。
【請求項１】
送電コイルから受電コイルに対して電磁誘導により電力の供給を行なう非接触電力伝送装置において、
略平行な交流磁場が発生する領域を形成する送電コイルと、
十字型コアの一方の対向するアームに巻回された第１の受電コイルと、
前記十字型コアの他方の対向するアームに巻回された第２の受電コイルを備え、
前記領域内に第１の受電コイルおよび第２の受電コイルを配置することを特徴とする非接触電力伝送装置。
【請求項２】
前記送電コイルは平板状コアに巻回されていることを特徴とする請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
【請求項３】
前記送電コイルの側方に発生する磁束の向きと、前記第１の受電コイルおよび第２の受電コイルの巻軸が同一平面上にあることを特徴とする請求項２に記載の非接触電力伝送装置。
【請求項４】
前記第１の受電コイルおよび第２の受電コイルの出力はそれぞれ整流後に合成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の非接触電力伝送装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−８０６７１（Ｐ２０１２−８０６７１Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２３５６９（Ｐ２０１０−２２３５６９）
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【出願人】（０００００３０８９）東光株式会社 (243)
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【出願人】（０００００３０８９）東光株式会社 (243)
[ Back to top ]