JP2008104319A

JP2008104319A - 非接触電力伝送装置

Info

Publication number: JP2008104319A
Application number: JP2006286056A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kojima; 秀樹小島
Original assignee: Toko Inc
Current assignee: Toko Inc
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2006-10-20
Publication date: 2008-05-01

Abstract

【課題】送電コイル、受電コイルに流れる電流を抑制し、送受電コイルの小型化を図るとともに特殊電子部品を用いることなく安価な電子部品を用いる。
【解決手段】低電圧を用いる電子機器の筐体内に配置された受電装置の受電コイルＬ２に送電装置の送電コイルＬ１から電磁誘導により電力を供給する非接触電力伝送装置において、直流低電圧入力を高電圧にする昇圧回路１２を設け、送電コイルＬ１に流れる電流を所定の電流に抑制し、受電コイルＬ２に発生した電圧を降圧回路２２により所定の低電圧を得ることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、携帯用電子機器の非接触電力伝送装置に関するものである。

近年、携帯電話、デジタタルカメラ、液晶テレビ等の各種携帯用デジタル機器が日常的に多用されている。このような携帯機器は、通常、低電圧の充電式電池を内蔵しており、適宜充電する必要がある。この充電には、各種の方法が採用されているが、携帯機器に充電用アダプターやコードなどを接続することなく、充電台の上に置くだけで簡単に充電できる電磁誘導を利用した非接触電力伝送装置が提案されている。

図１に一般的な非接触電力伝送回路を示す。図において、送電装置１０は送電コイルＬ１と並列に共振コンデンサＣ１が接続され、送電コイルＬ１と直列に制御用スイッチング素子Ｑ１が接続されている。さらに、スイッチング素子Ｑ１には発振回路１１とドライブコイルＬ３が接続されている。

受電装置２０は受電コイルＬ２と並列に接続された共振コンデンサＣ２を備え、その両端に整流平滑回路２１を設けた構成である。そして、送電コイルＬ１と異なる筐体に実装された受電コイルＬ２とを対向させ、送電コイルＬ１から受電コイルＬ２に電力を伝達する非接触電力伝送装置である。
例えば、特許文献１における従来の回路図。

送電装置１０において、直流入力電圧ＤＣが低い場合、送電コイルＬ１に流れる電流は大きくなる。
また、受電装置２０において、受電コイルＬ２と共振コンデンサＣ２で共振回路を用いているため、低電圧出力を得ようとすると出力電流が増加、受電コイルＬ２に流れる電流が出力電流の２倍以上の実効電流が流れる。

以上のように、低電圧入力または低電圧出力の場合、送電コイルまたは受電コイルに大きな電流が流れるため発熱を伴う。この発熱を軽減するために一般的には、リッツ線、編組線等の多芯線を用いたコイルが必要となる。
しかし、多芯線を用いるとコイルの小型化が難しい。また、送電コイルと受電コイルの結合も悪くなり特性を悪化させる。

また、ＡＣワイド入力仕様の場合、低電圧入力では送電コイルに流れる電流が大きくなり、高電圧入力では、送電コイルに流れる電流は小さいが送電側の共振コンデンサや制御用スイッチング素子に高電圧が加わるため、高耐圧の特殊電子部品が必要となる。
特開２００５−２７８４００号公報

本発明は、上記問題点に鑑み、送電コイル、受電コイルに流れる電流を抑制し、送受電コイルの小型化を図るとともに特殊電子部品を用いることなく安価な電子部品を用いる非接触電力伝送装置を提供するものである。

本発明は、上記課題を解決するために、低電圧を用いる電子機器の筐体内に配置された受電装置の受電コイルに送電装置の送電コイルから電磁誘導により電力を供給する非接触電力伝送装置において、直流低電圧入力を高電圧にする昇圧回路を設け、送電コイルに流れる電流を所定の電流に抑制し、受電コイルに発生した電圧を降圧回路により所定の低電圧を得ることを特徴とする。
さらに、交流ワイド入力に対し昇降圧回路を設け、送電コイルに流れる電流を所定の電流に抑制し、受電コイルに発生した電圧を降圧回路により所定の低電圧を得ることを特徴とする。前記昇圧回路または昇降圧回路に非絶縁型ＯＮ／ＯＦＦ式フライバックコンバータを用いたことを特徴とする。

上記構成によって、低電圧を用いる電子機器における電力損失を低減し、大型で高価な電子部品を用いることなく、受電装置に安定した出力が得られる非接触電力伝送装置を実現できる。

図２は、本発明の非接触電力伝送装置の第１の形態を示す回路ブロック図である。
図２において、図１との違いは低電圧の直流入力電源ＤＣと送電装置１０の間に昇圧回路１１を設けたことおよび受電装置２０と出力Ｖｏｕｔの間に降圧回路２２を設けたことが特徴である。図１と同一回路には同じ符号を付した。回路図中の点（・）はコイルの極性を示す。

図２において、低電圧の直流入力電源ＤＣは昇圧回路１２により必要とする所定の昇圧電圧に昇圧し、送電装置１０に安定した高電圧を印加し、送電装置１０の送電コイルＬ１に流れる電流を小さくし受電装置２０に電力伝送する。そして、受電装置２０の受電コイルＬ２には高い受電電圧を得ることから、整流平滑回路の出力も高電圧となる。携帯機器等が必要とする所定の低い安定した直流電圧（大電流）Ｖｏｕｔを得るため降圧回路２２を設ける。

図３は、本発明の非接触電力伝送装置の第２の形態を示す回路ブロック図である。
図３において、図１との違いは交流ワイド入力の場合であって、入力ＡＣと送電装置１０の間に交流を直流に変換するための整流平滑回路１５とワイド入力を所定の高電圧にするための昇降圧回路１４を設けたことおよび受電装置２０と出力Ｖｏｕｔの間に降圧回路２２を設けたことが特徴である。図１と同一回路には同じ符号を付した。回路図中の点（・）はコイルの極性を示す。

図３において、交流ワイド入力ＡＣは交流を直流に変換するための整流平滑回路１５の直流出力電圧をワイド入力を所定の高電圧にするための昇降圧回路１４により必要とする所定の電圧に昇高圧し、送電装置１０に安定した高電圧を印加し、送電装置１０の送電コイルＬ１に流れる電流を小さくし受電装置２０に電力伝送する。そして、受電装置２０の受電コイルＬ２には高い受電電圧を得ることから、整流平滑回路の出力も高電圧となる。携帯機器等が必要とする所定の低い安定した直流電圧（大電流）Ｖｏｕｔを得るため降圧回路２２を設ける。

このように、送電装置においては、昇圧回路または昇降圧回路により高電圧が印可されることから送電コイルに流れる電流を小さくでき自己発熱を抑制できる。また、受電装置においても高電圧を受電させ受電コイルに流れる電流を小さくできることから受電コイルにおける自己発熱を抑制できる。さらに、受電装置の高電圧出力を高圧回路により必要とする携帯機器の低電圧にすることにより低電圧かつ大電流の出力を得ることができる。

つぎに、各回路の実施例を図に示す。
図４は、第１の形態で用いた送電装置の前段に設けた低い直流出力Ｖｉｎを所定の高い直流電圧Ｖｏｕｔを得る昇圧回路例を示す。
図４の昇圧回路は基本的な昇圧チョッパー回路であり、入力端子Ｖｉｎから出力端子Ｖｏｕｔに電流が流れるようにインダクタＬとダイオードＤの直列回路が接続されており、インダクタＬとダイオードＤの接続点とＧＮＤ間にスイッチング素子Ｑが接続され、さらに出力端子ＶｏｕｔとＧＮＤ間にコンデンサＣが接続されている構成である。

図５は昇圧チョッパ回路の代わりに用いられる非絶縁型ＯＮ／ＯＦＦ式フライバックコンバータ回路例を示す。入力端子ＶｉｎとＧＮＤ間にトランスＴの一次コイルＬｐとスイッチング素子Ｑの直列回路が接続されており、トランスＴの二次コイルＬｓとダイオードＤの直列回路が出力端子ＶｏｕｔとＧＮＤ間に接続され、さらに出力端子ＶｏｕｔとＧＮＤ間にコンデンサＣが接続されている構成である。

図６は、第２の形態で用いた送電装置の前段に設けた交流ワイド電圧入力Ｖｉｎを所定の直流電圧Ｖｏｕｔを得る昇降圧回路例を示す。
図６の昇降圧回路は基本的な昇降圧チョッパー回路であり、入力端子Ｖｉｎと出力側ＧＮＤ間にスイッチング素子ＱとインダクタＬの直列回路を接続し、スイッチング素子ＱとインダクタＬとの接続点と出力端子Ｖｏｕｔ間にダイオードＤが接続されており、さらに出力端子Ｖｏｕｔと入力側ＧＮＤ間にコンデンサＣが接続されている構成である。
なお、昇降圧回路は、図５で示した非絶縁型ＯＮ／ＯＦＦ式フライバックコンバータ回路を用いてもよい。

図７は第１の形態、第２の形態で用いた受電装置の高い直流出力Ｖｉｎを所定の低い直流電圧Ｖｏｕｔにするための降圧回路例を示す。図７の降圧回路は基本的な降圧チョッパ回路であり、入力端子ＶｉｎとＶｏｕｔ間にスイッチング素子ＱとインダクタＬの直列回路を接続し、スイッチング素子ＱとインダクタＬとの接続点とＧＮＤ間にダイオードＤが接続されており、さらに出力端子ＶｏｕｔとＧＮＤ間にコンデンサＣが接続されている構成である。

なお、上記に記した、昇圧回路、非絶縁型ＯＮ／ＯＦＦ式フライバックコンバータ回路、昇降圧回路、降圧回路における出力安定化のためのフィードバック回路はスイッチング素子Ｑの制御端子に制御信号を印加し駆動することで得られるため、ここでは特に記載せず。

以上、本発明の非接触電力伝送装置の一形態を述べてきたがこれに限られるものではない。形態例ではＲＣＣ共振コンバータで示したが他の自励発振および他励発振回路を用いてもよい。また、送電側の共振コンデンサは送電コイルと並列に接続した並列共振を用いたが直列接続における直列共振を用いてもよい。さらに、受電側の降圧回路は同期整流方式を用いてもよい。

従来の非接触電力伝送装置を示すブロック回路図本発明の非接触電力伝送装置の第１の形態を示すブロック回路図本発明の非接触電力伝送装置の第２の形態を示すブロック回路図本発明の非接触電力伝送装置に用いる昇圧回路例本発明の非接触電力伝送装置に用いる非絶縁型ＯＮ／ＯＦＦ式フライバックコンバータ回路例本発明の非接触電力伝送装置に用いる昇降圧回路例本発明の非接触電力伝送装置に用いる降圧回路例

符号の説明

１０送電装置
１１発振回路
１２昇圧回路
１４昇降圧回路
１５、２１整流平滑回路
２０受電装置
２２降圧回路
Ｌ１送電コイル
Ｌ２受電コイル
Ｌ３ドライブコイル
Ｃ１、Ｃ２共振コンデンサ
Ｑ１スイッチング素子

Claims

低電圧を用いる電子機器の筐体内に配置された受電装置の受電コイルに送電装置の送電コイルから電磁誘導により電力を供給する非接触電力伝送装置において、直流低電圧入力を高電圧にする昇圧回路を設け、該送電コイルに流れる電流を所定の電流に抑制し、該受電コイルに発生した電圧を降圧回路により所定の低電圧を得ることを特徴とする非接触電力伝送装置。
低電圧を用いる電子機器の筐体内に配置された受電装置の受電コイルに送電装置の送電コイルから電磁誘導により電力を供給する非接触電力伝送装置において、交流ワイド入力に対し昇降圧回路を設け、該送電コイルに流れる電流を所定の電流に抑制し、該受電コイルに発生した電圧を降圧回路により所定の低電圧を得ることを特徴とする非接触電力伝送装置。
前記昇圧回路または昇降圧回路に非絶縁型ＯＮ／ＯＦＦ式フライバックコンバータを用いたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の非接触電力伝送装置。