JP2007206776A - 非接触電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送電装置が受電装置を認識する装置を構築する場合に、受電装置側の構成を簡略化できる上に、その製造コストを抑制できるようにした非接触電力伝送装置の提供。
【解決手段】この発明は、電磁誘導を利用して、１つの送電装置１が、複数種類の受電装置２に対して非接触で電力伝送ができるようになっている。送電装置１は、受電装置２が電力伝送が可能な範囲に存在することを認識して電力伝送をしたり、またはその電力伝送が可能な受電装置２の種類や形式などを認識し、この認識結果に基づいて受電装置２に対して適正な電力伝送を行うようになっている。送電装置１による受電装置２の認識は、送電装置１に設けた少なくも１つのホール素子と、このホール素子に対応して受電装置２側に設けた少なくも１つの磁石との組み合わせにより行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁誘導を利用して、１次側の送電装置から２次側の受電装置に非接触で電力を伝送する非接触電力伝送装置に関するものである。

従来、この種の非接触電力伝送装置では、送電装置から受電装置に対して電力を伝送する際に、送電装置が相手の受電装置を認識する必要があり、その認識のために以下の方法が採用されている。
第１の方法は、電力伝送の際に、送電装置側から電磁波を連続または間欠的に発生させて、受電装置側でそれを受電して消費することで負荷が変動するので、この負荷の変動を送電装置側で検出して認識するものである。

第２の方法は、機構的（機械的）なスイッチを用いて、送電装置が受信装置を認識するものである。
第３の方法は、送電装置と受信装置とが無線通信できるようにその機能を両者に持たせ、その無線通信機能を使用することにより、電力伝送の際に、送電装置が受電装置を認識するものである。

ところが、第１の方法では、その認識の際に、送電装置側が電磁波を出力し続けなければならないという不具合がある。
第２の方法では、機構的なスイッチを用いるので、その認識の際に物理的に接触する必要があるので、故障しやすいなどの不具合がある。
第３の方法では、送電装置および受電装置の双方に無線通信機能を搭載しなければならず、受電装置側の構成が複雑になる上に、その製作コストも嵩むという不具合がある。

また、第１および第３の方法では、送電装置に対する受電装置の位置が正常位置からずれていても、受電装置を認識すると送電してしまうという不具合がある。
このような不具合を解決するために、磁石などを活用することが考えられ、その活用例としては例えば特許文献１に記載の技術が知られている。
しかし、特許文献１に記載の技術では、上記のような不具合に対処することができず、その不具合を解消することはできない。
特開平５−１９０２７０号公報

そこで、本発明の目的は、上記の点に鑑み、送電装置が受電装置を認識する装置を構築する場合に、受電装置側の構成を簡略化できる上に、その製造コストを抑制できるようにした非接触電力伝送装置を提供することにある。

上記の課題を解決し本発明の目的を達成するために、各発明は、以下のような構成からなる。
すなわち、第１の発明は、１次コイルを含む送電装置と、２次コイルを含む受電装置とからなり、前記１次コイルと前記２次コイルとを電磁的に結合させて、前記送電装置が前記受電装置に対して電力の伝送を行うようになっている非接触電力伝送装置であって、前記送電装置は、少なくとも１つのホール素子を備え、前記受電装置は、前記１次コイルと前記２次コイルとが接近する際に、前記ホール素子と接近する少なくとも１つの磁石を備え、かつ、前記送電装置は、前記ホール素子の出力に基づいて前記受電装置が接近したことを認識するようになっている。

第２の発明は、第１の発明において、前記ホール素子と前記磁石の両者の能力は、前記１次コイルと前記２次コイルとが接近して前記送電装置が前記受電装置に電力の伝送が可能な場合に、前記ホール素子から所望の出力が得られるような関係を有するようにそれぞれ設定されている。

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記送電装置は、所定の交流電圧を生成し、この生成した交流電圧を前記１次コイルに供給する送電回路と、前記ホール素子の出力に基づいて前記受電装置の個別認識を行い、この認識結果に基づいて前記送電回路の送電制御を行う制御回路と、を備えている。

第４の発明は、第３の発明において、前記送電装置は、前記ホール素子の出力電圧に基づいて前記磁石の磁極を検出する磁極検出回路をさらに備え、前記制御回路は、前記磁極検出回路の検出磁極に基づいて前記受電装置の個別認識を行うようになっている。
このような構成からなる本発明によれば、送電装置が受電装置を認識したり、その認識に基づいて送電制御を行う装置を構築する場合に、受電装置側の構成を簡略化できる上に、その製造コストを抑制できる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
本発明の実施形態に係る非接触電力伝送装置の構成について、図１を参照しながら説明する。
この実施形態に係る非接触電力伝送装置は、図１に示すように、電磁誘導作用を利用して、１つの送電装置１が、種類や形式などが異なる複数の受電装置２に対して非接触で電力伝送ができるようになっている。

また、送電装置１は、受電装置２が電力伝送が可能な範囲に存在することを認識して電力伝送をしたり、またはその電力伝送が可能なことを認識したときにさらに受電装置２の種類や形式などを認識（個別認識）し、この認識結果に基づいて受電装置２に対して適正な電力伝送を行うようになっている。
このような送電装置１による受電装置２の認識は、送電装置に設けた少なくも１つのホール素子と、このホール素子に対応して受電装置２側に設けた少なくも１つの磁石とを組み合わせ、そのホール素子の出力に基づいて行うようにした。

次に、この実施形態に係る送電装置１および受電装置２の具体的な構成について説明する。
送電装置１は、送電回路１１と、１次コイル１２と、ホール素子１３−１〜１３−３と、磁極検出回路１４−１〜１４−３と、制御回路１５とを備えている。
送電回路１１は、所定の交流電圧を生成し、この生成した交流電圧を１次コイル１２に供給するようになっている。また、送電回路１１が生成する交流電圧の出力や周波数は制御回路１５により制御されるようになっている。

１次コイル１２は、電力の伝送の際に受電装置２の２次コイル２１と電磁結合し、電磁誘導作用によって１次コイル１２側から２次コイル２１側に向けて電力を伝送できるようになっている。すなわち、１次コイル１２と２次コイル２１とは、物理的に分離自在なトランスを構成するようになっている。
ホール素子１３−１〜１３−３は、送電装置１の１次コイル１２と受電装置２の２次コイル２１とが接近する際に、受電装置２側の対応する永久磁石２３−１〜２３−３と接近してその磁力を検出し、その磁力に応じた電気信号を出力するようになっている。ここで、この例ではホール素子の個数は３個としたが、その個数は、１個または複数個のいずれであっても良い。

磁極検出回路１４−１〜１４−３は、永久磁石２３−１〜２３−３が対応するホール素子１３−１〜１３−３に接近したときに、そのホール素子１３−１〜１３−３の各出力電圧に基づき、永久磁石２３−１〜２３−３の磁極を検出するようになっている。
制御回路１５は、磁極検出回路１４−１〜１４−３が検出する永久磁石２３−１〜２３−３の各磁極に基づき、受電装置２の種類などの認識（個別認識）を行い、この認識結果に基づいて送電装置１の出力電力を決定し、この決定した電力を伝送するように送電回路１１の送電制御を行うようになっている。

受電装置２は、図１に示すように、２次コイル２１と、受電回路２２と、永久磁石２３−１〜２３−３とを備え、受電回路２２に負荷２４が接続されるようになっている。
２次コイル２１は、送電装置１側の１次コイル１２と電磁結合するようになっている。受電回路２２は、２次コイル２１の誘起電圧を整流し、この整流電圧を負荷２４に供給するようになっている。

永久磁石２３−１〜２３−３は、受電装置２の種類などを送電装置１が識別するために使用するものであり、１次コイル１２と２次コイル２１とが接近して対向する際に、送電装置１側のホール素子１３−１〜１３−３に対向するように配置されている。ここで、永久磁石２３−１〜２３−３としては、例えばネオジム磁石が使用される。

次に、送電装置１側の１次コイル１２およびホール素子１３−１〜１３−３の配置例と、これらに対応する受電装置２側の２次コイルおよび永久磁石２３−１〜２３−３の配置例について、図２を参照して説明する。
送電装置１は、図２に示すように、各部がケース３内に収納され、そのうちの１次コイル１２とホール素子１３−１〜１３−３は、そのケース３の正面側にそれぞれ配置されている。

１次コイル１２は、例えば平面状の巻線コイルからなりその表面が絶縁されて露出するように配置されている。また、ホール素子１３−１〜１３−３は、ケース３の正面側の一部に図示のように所定間隔をおいて配置され、その各検出面が露出するようになっている。
受電装置２は、図２に示すように、各部がケース４内に収納され、そのうちの２次コイル２１と永久磁石２３−１〜２３−３は、そのケース４の正面側にそれぞれ配置されている。

２次コイル２１は、例えば平面状の巻線コイルからなりその表面が絶縁されて露出するようになっている。そして、２次コイル２１のコイル面は、その使用時には１次コイルのコイル面と対向してトランス（変圧器）を形成するようになっている。
また、永久磁石２３−１〜２３−３は、ケースの正面側の一部に図示のように所定間隔をおいて配置されて、その各磁極の端面が露出するようになっている。そして、永久磁石２３−１〜２３−３の各端面は、送電装置１側の対応するホール素子１３−１〜１３−３の検出面とそれぞれ対向するようになっている。

ここで、ホール素子１３−１〜１３−３と永久磁石２３−１〜２３−３の能力は、１次コイル１２と２次コイル２１とが接近して送電装置１が受電装置２に電力の伝送が可能な場合に（図３参照）、ホール素子１３−１〜１３−３から所望の出力が得られるような関係を有するようにそれぞれ設定されている。

次に、このような構成からなる実施形態の動作について、図１〜図３を参照して説明する。
この実施形態は、例えば、送電装置１に対して送電装置２を接近させて使用し、そのときの両者の関係の一例を示すと図３に示すようになる。
このときには、図示のように、送電装置１側のホール素子１３−１〜１３−３の各検出面と、受電装置２側の対応する永久磁石２３−１〜２３−３の各端面とが対向した状態となる。これと同時に、送電装置１側の１次コイル１２と、受電装置２側の２次コイル２１とは、そのコイル面が対向した状態になる。

そして、このときに、送電装置１が受電装置２に対して電力の伝送が可能であれば、ホール素子１３−１〜１３−３には、永久磁石２３−１〜２３−３の磁極とその強さに応じた所望の電圧がそれぞれ出力される。
磁極検出回路１４−１〜１４−３は、そのホール素子１３−１〜１３−３の各出力電圧に基づき、永久磁石２３−１〜２３−３の各磁極を検出する。この例では、磁極検出回路１４−１は磁極Ｓ、磁極検出回路１４−２は磁極Ｎ、および磁極検出回路１４−３は磁極Ｎを検出する。

制御回路１５は、磁極検出回路１４−１〜１４−３の検出する永久磁石２３−１〜２３−３の各磁極に基づき、送電装置１が受電装置２に対して電力の伝送が可能であることを認識する。
さらに、制御回路１５は、その磁極検出回路１４−１〜１４−３の検出する永久磁石２３−１〜２３−３の各磁極に基づき、受電装置２の種類などの認識（個別認識）を行い、この認識結果に基づいて送電装置１の出力電力を決定し、この決定した電力を伝送するように送電回路１１の送電制御を行う。

ここで、図３に示すように、送電装置１と受電装置２との両者の距離Ｌが、例えばＬ＝４〔ｍｍ〕以下の場合に、送電装置１が受電装置２に対して電力の伝送が可能であるとすると、永久磁石２３−１〜２３−３は、ホール素子１３−１〜１３−３との距離Ｌが４〔ｍｍ〕の場合に、そのホール素子１３−１〜１３−３が反応できる磁束密度を有するものが要求される。
従って、ホール素子と永久磁石の能力は、例えば、距離Ｌが４〔ｍｍ〕でホール素子の感度が６〔ｍＴ〕の場合には、永久磁石は表面磁束密度は、６ｍＴ×（４ｍｍ×４ｍｍ×４ｍｍ）＝３８４ｍＴとなる。

以上のように、この実施形態では、送電装置１による受電装置２の認識を、送電装置１に設けた少なくも１つのホール素子と、このホール素子に対応して受電装置２側に設けた少なくも１つの磁石との組み合わせで行うようにした。このため、送電装置が受電装置を認識する装置を構築する場合に、受電装置側の構成を簡略化できる上に、その製造コストを抑制できる。

また、この実施形態では、送電装置が受電装置を認識するにあたり、物理的な接触を伴わないので、接触に伴う弊害がない。
さらに、この実施形態では、受電装置２が電力伝送が可能な範囲に存在することを認識したときにはじめて電力伝送ができ、またはその電力伝送が可能であることを認識したときにさらに受電装置２の種類や形式などを個別認識し、この認識結果に基づいて受電装置２に対して適正な電力伝送ができる。

本発明の実施形態の構成を示すブロック図である。 その実施形態の外観構成を示す正面図である。 その実施形態の使用状態を説明する図である。

符号の説明

１・・・送電装置、２・・・受電装置、１１・・・送電回路、１２・・・１次コイル、１３−１〜１３−３・・・ホール素子、１４−１〜１４−３・・・磁極検出回路、１５・・・制御回路、２１・・・２次コイル、２２・・・受電回路、２３−１〜２３−３・・・永久磁石、２４・・・負荷

Claims (4)

1. １次コイルを含む送電装置と、２次コイルを含む受電装置とからなり、前記１次コイルと前記２次コイルとを電磁的に結合させて、前記送電装置が前記受電装置に対して電力の伝送を行うようになっている非接触電力伝送装置であって、
   前記送電装置は、少なくとも１つのホール素子を備え、
   前記受電装置は、前記１次コイルと前記２次コイルとが接近する際に、前記ホール素子と接近する少なくとも１つの磁石を備え、
   かつ、前記送電装置は、前記ホール素子の出力に基づいて前記受電装置が接近したことを認識するようになっていることを特徴とする非接触電力伝送装置。
2. 前記ホール素子と前記磁石の両者の能力は、前記１次コイルと前記２次コイルとが接近して前記送電装置が前記受電装置に電力の伝送が可能な場合に、前記ホール素子から所望の出力が得られるような関係を有するようにそれぞれ設定されていること特徴とする請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
3. 前記送電装置は、
   所定の交流電圧を生成し、この生成した交流電圧を前記１次コイルに供給する送電回路と、
   前記ホール素子の出力に基づいて前記受電装置の個別認識を行い、この認識結果に基づいて前記送電回路の送電制御を行う制御回路と、
   を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の非接触電力伝送装置。
4. 前記送電装置は、前記ホール素子の出力電圧に基づいて前記磁石の磁極を検出する磁極検出回路をさらに備え、
   前記制御回路は、前記磁極検出回路の検出磁極に基づいて前記受電装置の個別認識を行うようになっていることを特徴とする請求項３に記載の非接触電力伝送装置。

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