無接点電力伝送装置
【課題】構成を簡素化し、製造コストを低減した無接点電力伝送装置を提供することを目的とする。
【解決手段】交流電力を供給するための電力伝送回路５１と、電力伝送回路５１から交流電力が供給される複数の送電コイル１１〜１Ｎと、複数の送電コイル１１〜１Ｎから電磁誘導を用いて非接触で電力伝送される受電コイル１０とを備える。送電コイルには、交流電力を供給するか否かを切り替えるスイッチ手段と、送電コイルの近傍に受電コイルの有無を検出する位置検出手段とを備える。
【効果】送電コイルと同じ数だけの制御回路や電力伝送回路を設ける必要が無いため、製造コストを低減できる。
【解決手段】交流電力を供給するための電力伝送回路５１と、電力伝送回路５１から交流電力が供給される複数の送電コイル１１〜１Ｎと、複数の送電コイル１１〜１Ｎから電磁誘導を用いて非接触で電力伝送される受電コイル１０とを備える。送電コイルには、交流電力を供給するか否かを切り替えるスイッチ手段と、送電コイルの近傍に受電コイルの有無を検出する位置検出手段とを備える。
【効果】送電コイルと同じ数だけの制御回路や電力伝送回路を設ける必要が無いため、製造コストを低減できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の送電コイルを備える無接点電力伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マルチ出力の無接点電力伝送を実現するため、複数の送電コイルを使用した無接点電力伝送装置が用いられていた。図１にその一例を示す。
【０００３】
図１は、２つの送電コイル１１、１２を備える送電側ユニット１０１と、送電コイル１１、１２から電磁誘導を用いて非接触で電力伝送される受電コイル１０を備える受電側ユニット１００とを構成する無接点電力伝送装置である。
【０００４】
送電側ユニット１０１内の電力伝送回路５１には、直流電源Ｖｉｎより直流電圧が供給されている。電力伝送回路５１は制御回路６１により制御され、交流電力を出力する。電力伝送回路５１の出力部には、送電コイル１１と共振コンデンサ３１が直列に接続されている。また、受電側ユニット１００の位置を検出するための手段として、ホール素子４１が送電コイル１１の近傍に配置されている。また、ホール素子４１の出力である検出信号Ｓ１は、制御回路６１に供給されている。一方、電力伝送回路５２、制御回路６２、送電コイル１２、共振コンデンサ３２およびホール素子４２についても同様に構成されている。
【０００５】
受電コイル１０を内蔵している受電側ユニット１００には、位置検出手段として永久磁石４０が設けられている。永久磁石４０は、受電コイル１０の近傍に配置されている。また、共振コンデンサ３０が受電コイル１０と並列に接続されている。受電コイル１０の出力は、整流平滑回路５０を介して二次電池などの負荷に供給される。
【０００６】
送電コイル１１に受電コイル１０が近接すると、ホール素子４１が永久磁石４０の磁束を検出する。すると、制御回路６１は検出信号Ｓ１に基づいて、電力伝送回路５１の動作を開始させる。そして、電力伝送回路５１から直列に接続された送電コイル１１と共振コンデンサ３１に交流電力が供給され、送電コイル１１から受電コイル１０に電力が伝送される。ホール素子４１が永久磁石４０の磁束を検出しない場合、すなわち受電コイル１０が送電コイル１１の近接する位置に無い場合、制御回路６１は電力伝送回路５１の動作を停止させる。
【０００７】
一方、送電コイル１２に受電コイル１０が近接すると、ホール素子４２が永久磁石４０の磁束を検出する。すると、制御回路６２は検出信号Ｓ２に基づいて、電力伝送回路５２の動作を開始させる。そして、電力伝送回路５２から直列に接続された送電コイル１２と共振コンデンサ３２に交流電力が供給され、送電コイル１２から受電コイル１０に電力が伝送される。ホール素子４２が永久磁石４０の磁束を検出しない場合、すなわち受電コイル１０が送電コイル１２の近接する位置に無い場合、制御回路６２は電力伝送回路５２の動作を停止させる。
【０００８】
送電コイルを３つ以上用いる場合、電力伝送回路、制御回路、共振コンデンサおよびホール素子は送電コイルと同じ数だけ設けられ、同様に接続される。
【０００９】
このように、各電力伝送回路の出力部にそれぞれ送電コイルを接続し、各送電コイルと近接する位置にホール素子を配置する。そして、ホール素子が永久磁石の磁束を検知したとき、制御回路は受電コイルと近接している送電コイルに交流電力を供給するように電力伝送回路を制御する。すなわち、所望の送電コイルに受電コイルが近接したときだけ、対応する電力伝送回路から交流電力が供給される。このようにして、送電側ユニット１０１から受電側ユニット１００に対して電力伝送がなされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−８７２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、このような無接点電力伝送装置では、制御回路や電力伝送回路が送電コイルと同じ数だけ必要となり、製造コストが高くなるという問題があった。
【００１２】
本発明は以上の問題を考慮してなされたものであり、製造コストを低減し、なおかつ低損失、低発熱の無接点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】
【００１３】
本発明は、このような目的を達成するために、交流電力を供給するための電力伝送回路と、該電力伝送回路から該交流電力が供給される複数の送電コイルと、該複数の送電コイルから電磁誘導を用いて非接触で電力伝送される少なくとも１つ以上の受電コイルとを備える無接点電力伝送装置において、該送電コイルには、該交流電力を供給するか否かを切り替えるスイッチ手段と、該送電コイルの近傍に該受電コイルの有無を検出する位置検出手段とを備えることを特徴とする無接点電力伝送装置。
【００１４】
また本発明は、交流電力を供給するための電力伝送回路と、該電力伝送回路から該交流電力が供給される複数の送電コイルと、該複数の送電コイルから電磁誘導を用いて非接触で電力伝送される少なくとも１つ以上の受電コイルとを備える無接点電力伝送装置において、該送電コイルには、該送電コイルの近傍に該受電コイルの有無を検出する位置検出手段を備え、該送電コイルと該電力伝送回路との間にスイッチ手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、前記スイッチ手段は第１および第２のＮ型ＭＯＳＦＥＴを備え、該第１および該第２のＮ型ＭＯＳＦＥＴのソース同士が接続され、該第１および該第２のＮ型ＭＯＳＦＥＴのゲート同士が接続されていることを特徴とする。
【００１６】
また、前記位置検出手段は前記複数の送電コイルのそれぞれの近傍に配置する磁気検出素子と、前記受電コイルの近傍に配置する永久磁石からなることを特徴とする。もしくは、前記位置検出手段は前記複数の送電コイルのそれぞれの近傍に配置する受光素子と、前記受電コイルの近傍に配置する発光素子からなることを特徴とする。もしくは、前記位置検出手段は前記複数の送電コイルのそれぞれの近傍に配置する受信回路と、前記受電コイルの近傍に配置する発振回路からなることを特徴とする。
【００１７】
また、前記電力伝送回路はフルブリッジ構成またはハーフブリッジ構成または１石式インバータからなることを特徴とする。
【００１８】
また、前記送電コイルにさらに共振コンデンサを備えることを特徴とする。
【００１９】
また、前記送電コイルと前記電力伝送回路との間に共振コンデンサを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、送電コイルと同じ数だけの制御回路や電力伝送回路を必要とせず、構成を簡素化することでき、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来の無接点電力伝送装置の例
【図２】本発明の無接点電力伝送装置の第１の実施形態
【図３】本発明の無接点電力伝送装置の第２の実施形態
【図４】本発明の無接点電力伝送装置の具体的な内部構成の一例を示す回路図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図２は、本発明に係る無接点電力伝送装置の第１の実施形態を示す。図２に示す無接点電力伝送装置は送電側ユニット１１１と受電側ユニット１００とを備える。
【００２３】
送電側ユニット１１１は、電力伝送回路５１、制御回路６１、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の受電コイル１１〜１Ｎ、Ｎ個のスイッチ手段２１〜２Ｎ、Ｎ個の共振コンデンサ３１〜３ＮおよびＮ個のホール素子４１〜４Ｎとを備える。
【００２４】
電力伝送回路５１には、直流電源Ｖｉｎより直流電圧が供給されている。電力伝送回路５１の出力は制御回路６１により制御され、交流電力を出力する。電力伝送回路５１の出力部には、送電コイル１１、スイッチ手段２１および共振コンデンサ３１が直列に接続されている。また、送電コイル１２、スイッチ手段２２および共振コンデンサ３２が、電力伝送回路５１の出力部に直列接続されている。同じく、Ｎ個目の送電コイル１Ｎ、スイッチ手段２Ｎおよび共振コンデンサ３Ｎが、電力伝送回路５１の出力部に直列接続されている。ホール素子４１は送電コイル１１の近傍に配置されている。また、ホール素子４２は送電コイル１２の近傍に配置されている。同様に、ホール素子４Ｎは送電コイル１Ｎの近傍に配置されている。このように、電力伝送回路５１の出力部には、送電コイル１１〜１Ｎが並列に接続されている。また、複数の送電コイル１１〜１Ｎのそれぞれに対して、交流電力を供給するか否かを切り替えるスイッチ手段２１〜２Ｎが設けられている。
【００２５】
受電側ユニット１００は、送電コイルから電磁誘導を用いて非接触で電力伝送される受電コイル１０、共振コンデンサ３０、永久磁石４０および整流平滑回路５０とを備える。永久磁石４０は、受電コイル１０の近傍に配置されている。また、共振コンデンサ３０は受電コイル１０と並列に接続されており、その出力は整流平滑回路５０を介して、二次電池などの負荷に供給される。
【００２６】
次に、スイッチ手段２１〜２Ｎの動作について説明する。送電コイル１１に受電コイル１０が近接すると、ホール素子４１が永久磁石４０の磁束を検出する。すると、ホール素子４１の検出信号Ｓ１によって、スイッチ手段２１はオンに切り替わり、電力伝送回路５１から直列に接続された送電コイル１１と共振コンデンサ３１に交流電力が供給される。そして、電磁誘導により送電コイル１１から受電コイル１０に対して電力伝送される。送電コイル１１と対向する位置に受電コイル１０が配置されていない場合、ホール素子４１は永久磁石４０の磁束を検出できない。このとき、スイッチ手段２１はオフとなり、電力伝送回路５１から直列に接続された送電コイル１１と共振コンデンサ３１に交流電力は供給されない。スイッチ手段２２〜２Ｎについても、それぞれホール素子４２〜４Ｎの検出信号Ｓ２〜ＳＮに基づいて同様に動作する。
【００２７】
このように、位置検出手段として用いた永久磁石４０およびホール素子４１〜４Ｎは、受電コイル１０が送電コイル１１〜１Ｎから電力伝送される位置に配置されたのを検出する。つまり、位置検出手段は、送電コイル１１〜１Ｎのそれぞれの近傍に受電コイル１０があるかないかを検出する。スイッチ手段２１〜２Ｎは、それぞれホール素子４１〜４Ｎの検出信Ｓ１〜ＳＮに基づいて、受電コイル１０が近接している所望の送電コイルからのみ電力伝送されるように切り替えられる。
【００２８】
本実施形態では、電力伝送回路５１の出力側に並列接続されているそれぞれの送電コイル１１〜１Ｎに対して、電力供給を行うか否かを切り替えるスイッチ手段２１〜２Ｎを電力伝送回路５１の出力側に設けている。そして、受電コイル１０が近接した送電コイルにのみ電力伝送回路５１から交流電力を供給するようにスイッチ手段２１〜２Ｎを切り替える。受電コイル１０が近接する所望の送電コイルのみを動作させて電力伝送を可能とすることで、消費電力を低減できる。このような構成とすることで、送電コイルと同じ数だけの制御回路と電力伝送回路を設ける必要が無くなるため、構成を簡素化でき、製造コストを低減できる。
【００２９】
なお、受電側ユニット１００を複数台用いて、複数の送電コイルから同時に電力伝送を行ってもよい。また本実施形態において、各送電コイルには、各送電コイルに交流電力を供給するか否かを切り替えるスイッチ手段と、各送電コイルの近傍に受電コイルの有無を検出する位置検出手段とをそれぞれ一体に備えた構成としている。各送電コイルには、各送電コイルの近傍に受電コイルの有無を検出する位置検出手段をそれぞれ備え、各送電コイルと電力伝送回路との間にスイッチ手段を備えた構成としてもよい。
【００３０】
次に、第２の実施形態について説明する。図３は、本発明に係る無接点電力伝送装置の第２の実施形態を示す。ここで、図２に示す無接点電力伝送装置と同一の要素については同一の符号を記し、その説明を省略する。
【００３１】
図３に示す無接点電力伝送装置は、共振コンデンサを１個のみ使用する構成としたものである。送電側ユニット１２１内の電力伝送回路５１の出力部には、直列に接続された送電コイル１１およびスイッチ手段２１が、共振コンデンサ３１を介して接続されている。また、直列に接続された送電コイル１２およびスイッチ手段２２が、電力伝送回路５１の出力部に共振コンデンサ３１を介して接続されている。同様に、直列に接続されたＮ個目の送電コイル１Ｎおよびスイッチ手段２Ｎが、電力伝送回路５１の出力部に共振コンデンサ３１を介して接続されている。
【００３２】
スイッチ手段２１〜２Ｎの動作は、基本的に第１の実施形態と同じである。第１の実施形態では、各送電コイルにさらに共振コンデンサを備えた構成としているが、第２の実施形態のように、送電コイルと電力伝送回路との間に共振コンデンサを備えた構成とすることで、使用する共振コンデンサを１個のみとすることができる。本実施形態では、送電コイルと同じ数だけの共振コンデンサが必要ないため、より簡素な構成とすることができ、製造コストをより低減できる。
【００３３】
第１および第２の実施形態において、同時に２つ以上の送電コイルに交流電力を供給することがないようにスイッチ手段２１〜２Ｎを制御してもよい。この場合、受電コイル１０と近接しているいずれか一つの送電コイルにのみ交流電力を供給するようにスイッチ手段を制御すればよい。例えば、マイコンなどを用いて、ホール素子の検出信号Ｓ１〜ＳＮに基づいて各スイッチ手段を制御するスイッチ制御部を設ければよい。受電側ユニット１００を複数台用いて、複数の送電コイルにそれぞれ各受電コイルが近接した場合でも、スイッチ制御部によって、いずれか一つの送電コイルのみを順番に動作させるようにスイッチ手段を制御すればよい。例えば、一方の送電コイルにより、一方の受電側ユニットの充電が完了したら、他方の送電コイルにより、他方の受電側ユニットの充電を開始するなどの制御を行えばよい。他にも、リニア出力のホール素子を用いて検出信号Ｓ１〜ＳＮを比較して、受電コイル１０と最も近接している送電コイルを優先的に動作させるようにしてもよい。また、複数のホール素子４１〜４Ｎが同時に永久磁石４０の磁束を検出してスイッチ手段２１〜２Ｎが同時にオンしないよう、各ホール素子４１〜４Ｎを配置してもよい。このようにスイッチ手段２１〜２Ｎを制御することで、いずれの送電コイルを選択しても、送電コイル１１〜１Ｎのインダクタンス値を同一にしたときに、同一の共振周波数を得ることができる。
【００３４】
第１および第２の実施形態では、位置検出素子として永久磁石とホール素子を用いた。受電コイルと送電コイルの位置関係を検出できるものであれば、この実施形態に限定されない。例えば、ホール素子の代わりに磁気検出素子として、磁気抵抗素子や位置検出コイルなどを用いてもよい。磁気検出素子以外にも位置検出素子として、近接センサや光電発光素子と受光素子、発振回路と受信回路などを用いてもよい。また、送電側ユニット内の共振コンデンサは、送電コイルと直列共振回路を形成するだけでなく、並列共振回路を形成するように接続してもよい。
【００３５】
次に、図４を用いて第２の実施形態における本発明の無接点電力伝送装置の具体的な内部構成の一例について説明する。図４は、送電コイルを２つとした場合の送電側ユニット１２１’の構成である。電力伝送回路５１はフルブリッジ構成であり、制御回路６１のプッシュプル出力信号により駆動されている。また、ホール素子４１、４２の検出信号Ｓ１、Ｓ２に基づいて、スイッチ手段２１、２２を制御するスイッチ制御部７１を設けている。スイッチ制御部７１は、対向する位置に受電コイル１０が配置されていない送電コイルの動作を停止させ、また、複数の送電コイルが同時に動作しないようにスイッチ手段２１、２２を制御する。
【００３６】
スイッチ手段２１は、２個のＮ型ＭＯＳＦＥＴ２１ａ、２１ｂを備える。ＭＯＳＦＥＴ２１ａと２１ｂはソース同士、ゲート同士が接続されており、寄生ダイオードのアノード同士が接続されている。そのため、ＭＯＳＦＥＴ２１ａ、２１ｂがオフ時に各ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを通して電流が流れないように構成されている。また、ＭＯＳＦＥＴ２１ａのゲート−ソース間には、ゲート−ソース抵抗が接続されている。ＭＯＳＦＥＴ２１ａのゲートには、ゲート抵抗を介してダイオード８１のアノードが接続されている。ダイオード８１のカソードには、ＰＮＰ型のデジタルトランジスタ９１のコレクタが接続されている。デジタルトランジスタ９１のエミッタには、直流電源Ｖｉｎから直流電圧が供給されている。
【００３７】
スイッチ手段２２内の２個のＮ型ＭＯＳＦＥＴ２２ａ、２２ｂ、ダイオード８２およびＰＮＰ型のデジタルトランジスタ９２についても同様に接続されている。ゲート抵抗と直列にダイオード８１、８２が接続されているのは、逆バイアスによりＭＯＳＦＥＴ２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂが誤動作するのを防止するためである。
【００３８】
また、スイッチ制御部７１には、ホール素子４１、４２から検出信号Ｓ１、Ｓ２が供給されている。デジタルトランジスタ９１のベースには、スイッチ制御部７１から制御信号Ｓ１’が供給されている。同様に、デジタルトランジスタ９２のベースには、スイッチ制御部７１から制御信号Ｓ２’が供給されている。スイッチ制御部７１から供給される制御信号Ｓ１’、Ｓ２’によりデジタルトランジスタ９１、９２をオンオフすることで、スイッチ手段２１、２２内のＭＯＳＦＥＴ２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂがオンオフされる。また、スイッチ制御部７１は、検出信号Ｓ１、Ｓ２のほか、受電側ユニット１００のＩＤ認証や充電状態などに基づいて、スイッチ手段２１、２２を制御する。
【００３９】
次に、送電側ユニット１２１’の具体的な動作について説明する。ここでは、出力部に二次電池を備える２台の受電側ユニット１００を用いるとする。送電側ユニット１２１’は、各受電側ユニット１００に対して電力伝送を行う。
【００４０】
まず、受電側ユニット１００が送電コイル１１と１２のいずれの対向する位置にも配置されていない場合の動作について説明する。このとき、送電コイル１１および送電コイル１２のいずれにも受電コイル１０は所定の距離まで近接しておらず、ホール素子４１および４２は永久磁石４０の磁束を検出しない。すると、スイッチ制御部７１は、デジタルトランジスタ９１および９２をオフに切り替え、ＭＯＳＦＥＴ２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂのいずれもオフにする。そのため、送電コイル１１および送電コイル１２に対して交流電力は供給されない。
【００４１】
次に、受電側ユニット１００が送電コイル１１に対向する位置にのみ配置された場合の動作について説明する。このとき、送電コイル１１にのみ受電コイル１０が所定の距離まで近接し、ホール素子４１のみ永久磁石４０の磁束を検出する。すると、スイッチ制御部７１は、デジタルトランジスタ９１をオンに、デジタルトランジスタ９２をオフに切り替える。ＭＯＳＦＥＴ２１ａ、２１ｂはオンとなり、電力伝送回路５１から送電コイル１１に対して交流電力が供給される。そして、送電コイル１１から受電コイル１０に対して電力が伝送される。一方、ホール素子４２は、永久磁石４０の磁束を検出せず、ＭＯＳＦＥＴ２２ａ、２２ｂはオフとなる。そのため、送電コイル１２に対して交流電力は供給されない。
【００４２】
次に、受電側ユニット１００が送電コイル１２に対向する位置にのみ配置された場合の動作について説明する。このとき、送電コイル１２にのみ受電コイル１０が所定の距離まで近接し、ホール素子４２のみ永久磁石４０の磁束を検出する。すると、スイッチ制御部７１は、デジタルトランジスタ９２をオンに、デジタルトランジスタ９１をオフに切り替える。ＭＯＳＦＥＴ２２ａ、２２ｂはオンとなり、電力伝送回路５１から送電コイル１２に対して交流電力が供給される。そして、送電コイル１２から受電コイル１０に対して電力が伝送される。一方、ホール素子４１は、永久磁石４０の磁束を検出せず、ＭＯＳＦＥＴ２１ａ、２１ｂはオフとなる。そのため、送電コイル１１に対して交流電力は供給されない。
【００４３】
次に、各受電側ユニット１００が送電コイル１１と１２のそれぞれに対向する位置に配置された場合の動作について説明する。このとき、送電コイル１１と１２のそれぞれに各受電コイル１０が所定の距離まで近接し、ホール素子４１および４２は永久磁石４０の磁束を検出する。この場合、スイッチ制御部７１は、送電コイル１１と１２の両方からではなく、どちらか一方のみから電力伝送を行うようにスイッチ手段を制御する。ここでは、まず送電コイル１１を優先させて動作させるとする。ホール素子４１および４２のいずれも永久磁石４０の磁束を検出した場合、まず、デジタルトランジスタ９１のみをオンに切り替える。そして、送電コイル１１から一方の受電側ユニット１００内の受電コイル１０に対して電力伝送される。このとき、送電コイル１２から他方の受電側ユニット１００に対して電力伝送は行われない。その後、一方の受電側ユニット１００内の二次電池が満充電されたのを検出すると、スイッチ制御部７１は、デジタルトランジスタ９１をオフに切り替えるとともに、デジタルトランジスタ９２をオンに切り替える。そして、送電コイル１２から他方の受電側ユニット１００内の受電コイル１０に対して電力伝送される。そして、他方の受電側ユニット１００内の二次電池が満充電されたのを検出すると、デジタルトランジスタ９２もオフに切り替える。
【００４４】
このように、スイッチ制御部７１は、受電側ユニット１００の充電状態やホール素子の検出信号Ｓ１、Ｓ２に基づいて、所望の送電コイルのみを動作させることができる。また、同時に２つ以上の送電コイルを動作させないようにスイッチ手段を制御することで、送電側ユニット１２１’において使用する共振コンデンサを一つとすることができる。そのため、より簡素な構成とすることができる。また、複数の受電側ユニット１００を用いて、２つの送電コイルに対してそれぞれ受電コイルが近接した場合でも、スイッチ制御部７１によりいずれか一つの送電コイルのみを順番に駆動させることができる。スイッチ制御部７１は、マイコン等を用いてシーケンスを構成することできる。
【００４５】
上記説明では、同時に２つ以上の送電コイルを動作させないようにスイッチ手段を制御している。送電コイル１１と１２のそれぞれに対向する位置に受電側ユニット１００を配置された際に、一方の送電コイルを優先させて動作させている。スイッチ手段の制御方法については、この実施例に限定されるものではなく、位置検出素子の検出結果に基づいて
任意の送電コイルを動作させることができる。他の動作例として、先に置かれた受電側ユニット１００に対向する送電コイルを優先させて動作させるようにスイッチ手段を制御してもよい。
【００４６】
また、位置検出素子として、永久磁石４０の代わりに発光素子、ホール素子４１、４２の代わりに受光素子を用いてもよい。この場合、受電側ユニット１００の位置検出時にスイッチ制御部７１は送電コイルを間欠動作させる。送電コイルに受電コイル１０が所定の距離まで近接すると、間欠発振モードで駆動された送電コイルから受電コイルに対して、わずかな期間電力伝送され、発光素子は所定のパルス信号を発生する。そして、受光素子がそのパルスを検出し、スイッチ制御部７１は、受光素子から供給される信号が所定のパルス信号であるか否かを照合する。このようにして、送電コイルと近接する場所に受電コイルが位置しているかを検出する。他にも、位置検出素子として、永久磁石４０の代わりに発振回路、ホール素子４１、４２の代わりに受信回路を用いて同様に動作させ、位置検出を行うことができる。
【００４７】
これら場合、受電側ユニット１００内の二次電池が放電された状態では、発光素子や発振回路の信号動力源を得ることができない。そのため、位置検出を行うときに送電コイルを間欠動作させることで、受電側ユニット１００内の位置検出素子に信号駆動用の電力を供給している。そして、受電側ユニット１００内の位置検出素子から得られた信号をスイッチ制御部７１で認証することで、送電コイルから電力伝送される場所に、受電コイルが位置しているかを検出することができる。なお、位置検出素子として永久磁石とホール素子を用いた場合は、信号動力源は必要なく、このような間欠発振は不要である。
【００４８】
また、スイッチ手段として、オン抵抗の低いＮ型のＭＯＳＦＥＴを用いた。そして、電力伝送回路５１から供給される交流電力をスイッチングするために、２個のＮ型ＭＯＳＦＥＴのソース同士を接続した逆直列接続とした。このような構成とすることで、スイッチ手段における電圧降下を低く抑えることができ、低損失、低発熱とすることができる。なお、スイッチ手段として、双方向に電流を流せるトライアックやリレーを用いる構成としてもよい。
【００４９】
また、ＰＮＰ型のデジタルトランジスタ９１、９２を用いてスイッチ手段２１、２２の接続を切り替えることにより、マイコン等の信号で直接ドライブすることが可能である。また、アイソレーションしたい場合はデジタルトランジスタ９１、９２の代わりにフォトトランジスタを挿入しても同等の制御が可能である。
【００５０】
また、電力伝送回路５１としてフルブリッジ回路を用いたが、ハーフブリッジ回路もしくは１石式インバータとしてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 受電コイル
１１〜１Ｎ 送電コイル
２１〜２Ｎ スイッチ手段
２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ ＭＯＳＦＥＴ
３０ 共振コンデンサ
３１〜３Ｎ 共振コンデンサ
４０ 永久磁石
４１〜４Ｎ ホール素子
５０ 整流平滑回路
５１ 電力伝送回路
６１ 制御回路
７１ スイッチ制御部
８１、８２ ダイオード
９１、９２ ＰＮＰ型デジタルトランジスタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の送電コイルを備える無接点電力伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マルチ出力の無接点電力伝送を実現するため、複数の送電コイルを使用した無接点電力伝送装置が用いられていた。図１にその一例を示す。
【０００３】
図１は、２つの送電コイル１１、１２を備える送電側ユニット１０１と、送電コイル１１、１２から電磁誘導を用いて非接触で電力伝送される受電コイル１０を備える受電側ユニット１００とを構成する無接点電力伝送装置である。
【０００４】
送電側ユニット１０１内の電力伝送回路５１には、直流電源Ｖｉｎより直流電圧が供給されている。電力伝送回路５１は制御回路６１により制御され、交流電力を出力する。電力伝送回路５１の出力部には、送電コイル１１と共振コンデンサ３１が直列に接続されている。また、受電側ユニット１００の位置を検出するための手段として、ホール素子４１が送電コイル１１の近傍に配置されている。また、ホール素子４１の出力である検出信号Ｓ１は、制御回路６１に供給されている。一方、電力伝送回路５２、制御回路６２、送電コイル１２、共振コンデンサ３２およびホール素子４２についても同様に構成されている。
【０００５】
受電コイル１０を内蔵している受電側ユニット１００には、位置検出手段として永久磁石４０が設けられている。永久磁石４０は、受電コイル１０の近傍に配置されている。また、共振コンデンサ３０が受電コイル１０と並列に接続されている。受電コイル１０の出力は、整流平滑回路５０を介して二次電池などの負荷に供給される。
【０００６】
送電コイル１１に受電コイル１０が近接すると、ホール素子４１が永久磁石４０の磁束を検出する。すると、制御回路６１は検出信号Ｓ１に基づいて、電力伝送回路５１の動作を開始させる。そして、電力伝送回路５１から直列に接続された送電コイル１１と共振コンデンサ３１に交流電力が供給され、送電コイル１１から受電コイル１０に電力が伝送される。ホール素子４１が永久磁石４０の磁束を検出しない場合、すなわち受電コイル１０が送電コイル１１の近接する位置に無い場合、制御回路６１は電力伝送回路５１の動作を停止させる。
【０００７】
一方、送電コイル１２に受電コイル１０が近接すると、ホール素子４２が永久磁石４０の磁束を検出する。すると、制御回路６２は検出信号Ｓ２に基づいて、電力伝送回路５２の動作を開始させる。そして、電力伝送回路５２から直列に接続された送電コイル１２と共振コンデンサ３２に交流電力が供給され、送電コイル１２から受電コイル１０に電力が伝送される。ホール素子４２が永久磁石４０の磁束を検出しない場合、すなわち受電コイル１０が送電コイル１２の近接する位置に無い場合、制御回路６２は電力伝送回路５２の動作を停止させる。
【０００８】
送電コイルを３つ以上用いる場合、電力伝送回路、制御回路、共振コンデンサおよびホール素子は送電コイルと同じ数だけ設けられ、同様に接続される。
【０００９】
このように、各電力伝送回路の出力部にそれぞれ送電コイルを接続し、各送電コイルと近接する位置にホール素子を配置する。そして、ホール素子が永久磁石の磁束を検知したとき、制御回路は受電コイルと近接している送電コイルに交流電力を供給するように電力伝送回路を制御する。すなわち、所望の送電コイルに受電コイルが近接したときだけ、対応する電力伝送回路から交流電力が供給される。このようにして、送電側ユニット１０１から受電側ユニット１００に対して電力伝送がなされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−８７２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、このような無接点電力伝送装置では、制御回路や電力伝送回路が送電コイルと同じ数だけ必要となり、製造コストが高くなるという問題があった。
【００１２】
本発明は以上の問題を考慮してなされたものであり、製造コストを低減し、なおかつ低損失、低発熱の無接点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】
【００１３】
本発明は、このような目的を達成するために、交流電力を供給するための電力伝送回路と、該電力伝送回路から該交流電力が供給される複数の送電コイルと、該複数の送電コイルから電磁誘導を用いて非接触で電力伝送される少なくとも１つ以上の受電コイルとを備える無接点電力伝送装置において、該送電コイルには、該交流電力を供給するか否かを切り替えるスイッチ手段と、該送電コイルの近傍に該受電コイルの有無を検出する位置検出手段とを備えることを特徴とする無接点電力伝送装置。
【００１４】
また本発明は、交流電力を供給するための電力伝送回路と、該電力伝送回路から該交流電力が供給される複数の送電コイルと、該複数の送電コイルから電磁誘導を用いて非接触で電力伝送される少なくとも１つ以上の受電コイルとを備える無接点電力伝送装置において、該送電コイルには、該送電コイルの近傍に該受電コイルの有無を検出する位置検出手段を備え、該送電コイルと該電力伝送回路との間にスイッチ手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、前記スイッチ手段は第１および第２のＮ型ＭＯＳＦＥＴを備え、該第１および該第２のＮ型ＭＯＳＦＥＴのソース同士が接続され、該第１および該第２のＮ型ＭＯＳＦＥＴのゲート同士が接続されていることを特徴とする。
【００１６】
また、前記位置検出手段は前記複数の送電コイルのそれぞれの近傍に配置する磁気検出素子と、前記受電コイルの近傍に配置する永久磁石からなることを特徴とする。もしくは、前記位置検出手段は前記複数の送電コイルのそれぞれの近傍に配置する受光素子と、前記受電コイルの近傍に配置する発光素子からなることを特徴とする。もしくは、前記位置検出手段は前記複数の送電コイルのそれぞれの近傍に配置する受信回路と、前記受電コイルの近傍に配置する発振回路からなることを特徴とする。
【００１７】
また、前記電力伝送回路はフルブリッジ構成またはハーフブリッジ構成または１石式インバータからなることを特徴とする。
【００１８】
また、前記送電コイルにさらに共振コンデンサを備えることを特徴とする。
【００１９】
また、前記送電コイルと前記電力伝送回路との間に共振コンデンサを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、送電コイルと同じ数だけの制御回路や電力伝送回路を必要とせず、構成を簡素化することでき、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来の無接点電力伝送装置の例
【図２】本発明の無接点電力伝送装置の第１の実施形態
【図３】本発明の無接点電力伝送装置の第２の実施形態
【図４】本発明の無接点電力伝送装置の具体的な内部構成の一例を示す回路図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図２は、本発明に係る無接点電力伝送装置の第１の実施形態を示す。図２に示す無接点電力伝送装置は送電側ユニット１１１と受電側ユニット１００とを備える。
【００２３】
送電側ユニット１１１は、電力伝送回路５１、制御回路６１、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の受電コイル１１〜１Ｎ、Ｎ個のスイッチ手段２１〜２Ｎ、Ｎ個の共振コンデンサ３１〜３ＮおよびＮ個のホール素子４１〜４Ｎとを備える。
【００２４】
電力伝送回路５１には、直流電源Ｖｉｎより直流電圧が供給されている。電力伝送回路５１の出力は制御回路６１により制御され、交流電力を出力する。電力伝送回路５１の出力部には、送電コイル１１、スイッチ手段２１および共振コンデンサ３１が直列に接続されている。また、送電コイル１２、スイッチ手段２２および共振コンデンサ３２が、電力伝送回路５１の出力部に直列接続されている。同じく、Ｎ個目の送電コイル１Ｎ、スイッチ手段２Ｎおよび共振コンデンサ３Ｎが、電力伝送回路５１の出力部に直列接続されている。ホール素子４１は送電コイル１１の近傍に配置されている。また、ホール素子４２は送電コイル１２の近傍に配置されている。同様に、ホール素子４Ｎは送電コイル１Ｎの近傍に配置されている。このように、電力伝送回路５１の出力部には、送電コイル１１〜１Ｎが並列に接続されている。また、複数の送電コイル１１〜１Ｎのそれぞれに対して、交流電力を供給するか否かを切り替えるスイッチ手段２１〜２Ｎが設けられている。
【００２５】
受電側ユニット１００は、送電コイルから電磁誘導を用いて非接触で電力伝送される受電コイル１０、共振コンデンサ３０、永久磁石４０および整流平滑回路５０とを備える。永久磁石４０は、受電コイル１０の近傍に配置されている。また、共振コンデンサ３０は受電コイル１０と並列に接続されており、その出力は整流平滑回路５０を介して、二次電池などの負荷に供給される。
【００２６】
次に、スイッチ手段２１〜２Ｎの動作について説明する。送電コイル１１に受電コイル１０が近接すると、ホール素子４１が永久磁石４０の磁束を検出する。すると、ホール素子４１の検出信号Ｓ１によって、スイッチ手段２１はオンに切り替わり、電力伝送回路５１から直列に接続された送電コイル１１と共振コンデンサ３１に交流電力が供給される。そして、電磁誘導により送電コイル１１から受電コイル１０に対して電力伝送される。送電コイル１１と対向する位置に受電コイル１０が配置されていない場合、ホール素子４１は永久磁石４０の磁束を検出できない。このとき、スイッチ手段２１はオフとなり、電力伝送回路５１から直列に接続された送電コイル１１と共振コンデンサ３１に交流電力は供給されない。スイッチ手段２２〜２Ｎについても、それぞれホール素子４２〜４Ｎの検出信号Ｓ２〜ＳＮに基づいて同様に動作する。
【００２７】
このように、位置検出手段として用いた永久磁石４０およびホール素子４１〜４Ｎは、受電コイル１０が送電コイル１１〜１Ｎから電力伝送される位置に配置されたのを検出する。つまり、位置検出手段は、送電コイル１１〜１Ｎのそれぞれの近傍に受電コイル１０があるかないかを検出する。スイッチ手段２１〜２Ｎは、それぞれホール素子４１〜４Ｎの検出信Ｓ１〜ＳＮに基づいて、受電コイル１０が近接している所望の送電コイルからのみ電力伝送されるように切り替えられる。
【００２８】
本実施形態では、電力伝送回路５１の出力側に並列接続されているそれぞれの送電コイル１１〜１Ｎに対して、電力供給を行うか否かを切り替えるスイッチ手段２１〜２Ｎを電力伝送回路５１の出力側に設けている。そして、受電コイル１０が近接した送電コイルにのみ電力伝送回路５１から交流電力を供給するようにスイッチ手段２１〜２Ｎを切り替える。受電コイル１０が近接する所望の送電コイルのみを動作させて電力伝送を可能とすることで、消費電力を低減できる。このような構成とすることで、送電コイルと同じ数だけの制御回路と電力伝送回路を設ける必要が無くなるため、構成を簡素化でき、製造コストを低減できる。
【００２９】
なお、受電側ユニット１００を複数台用いて、複数の送電コイルから同時に電力伝送を行ってもよい。また本実施形態において、各送電コイルには、各送電コイルに交流電力を供給するか否かを切り替えるスイッチ手段と、各送電コイルの近傍に受電コイルの有無を検出する位置検出手段とをそれぞれ一体に備えた構成としている。各送電コイルには、各送電コイルの近傍に受電コイルの有無を検出する位置検出手段をそれぞれ備え、各送電コイルと電力伝送回路との間にスイッチ手段を備えた構成としてもよい。
【００３０】
次に、第２の実施形態について説明する。図３は、本発明に係る無接点電力伝送装置の第２の実施形態を示す。ここで、図２に示す無接点電力伝送装置と同一の要素については同一の符号を記し、その説明を省略する。
【００３１】
図３に示す無接点電力伝送装置は、共振コンデンサを１個のみ使用する構成としたものである。送電側ユニット１２１内の電力伝送回路５１の出力部には、直列に接続された送電コイル１１およびスイッチ手段２１が、共振コンデンサ３１を介して接続されている。また、直列に接続された送電コイル１２およびスイッチ手段２２が、電力伝送回路５１の出力部に共振コンデンサ３１を介して接続されている。同様に、直列に接続されたＮ個目の送電コイル１Ｎおよびスイッチ手段２Ｎが、電力伝送回路５１の出力部に共振コンデンサ３１を介して接続されている。
【００３２】
スイッチ手段２１〜２Ｎの動作は、基本的に第１の実施形態と同じである。第１の実施形態では、各送電コイルにさらに共振コンデンサを備えた構成としているが、第２の実施形態のように、送電コイルと電力伝送回路との間に共振コンデンサを備えた構成とすることで、使用する共振コンデンサを１個のみとすることができる。本実施形態では、送電コイルと同じ数だけの共振コンデンサが必要ないため、より簡素な構成とすることができ、製造コストをより低減できる。
【００３３】
第１および第２の実施形態において、同時に２つ以上の送電コイルに交流電力を供給することがないようにスイッチ手段２１〜２Ｎを制御してもよい。この場合、受電コイル１０と近接しているいずれか一つの送電コイルにのみ交流電力を供給するようにスイッチ手段を制御すればよい。例えば、マイコンなどを用いて、ホール素子の検出信号Ｓ１〜ＳＮに基づいて各スイッチ手段を制御するスイッチ制御部を設ければよい。受電側ユニット１００を複数台用いて、複数の送電コイルにそれぞれ各受電コイルが近接した場合でも、スイッチ制御部によって、いずれか一つの送電コイルのみを順番に動作させるようにスイッチ手段を制御すればよい。例えば、一方の送電コイルにより、一方の受電側ユニットの充電が完了したら、他方の送電コイルにより、他方の受電側ユニットの充電を開始するなどの制御を行えばよい。他にも、リニア出力のホール素子を用いて検出信号Ｓ１〜ＳＮを比較して、受電コイル１０と最も近接している送電コイルを優先的に動作させるようにしてもよい。また、複数のホール素子４１〜４Ｎが同時に永久磁石４０の磁束を検出してスイッチ手段２１〜２Ｎが同時にオンしないよう、各ホール素子４１〜４Ｎを配置してもよい。このようにスイッチ手段２１〜２Ｎを制御することで、いずれの送電コイルを選択しても、送電コイル１１〜１Ｎのインダクタンス値を同一にしたときに、同一の共振周波数を得ることができる。
【００３４】
第１および第２の実施形態では、位置検出素子として永久磁石とホール素子を用いた。受電コイルと送電コイルの位置関係を検出できるものであれば、この実施形態に限定されない。例えば、ホール素子の代わりに磁気検出素子として、磁気抵抗素子や位置検出コイルなどを用いてもよい。磁気検出素子以外にも位置検出素子として、近接センサや光電発光素子と受光素子、発振回路と受信回路などを用いてもよい。また、送電側ユニット内の共振コンデンサは、送電コイルと直列共振回路を形成するだけでなく、並列共振回路を形成するように接続してもよい。
【００３５】
次に、図４を用いて第２の実施形態における本発明の無接点電力伝送装置の具体的な内部構成の一例について説明する。図４は、送電コイルを２つとした場合の送電側ユニット１２１’の構成である。電力伝送回路５１はフルブリッジ構成であり、制御回路６１のプッシュプル出力信号により駆動されている。また、ホール素子４１、４２の検出信号Ｓ１、Ｓ２に基づいて、スイッチ手段２１、２２を制御するスイッチ制御部７１を設けている。スイッチ制御部７１は、対向する位置に受電コイル１０が配置されていない送電コイルの動作を停止させ、また、複数の送電コイルが同時に動作しないようにスイッチ手段２１、２２を制御する。
【００３６】
スイッチ手段２１は、２個のＮ型ＭＯＳＦＥＴ２１ａ、２１ｂを備える。ＭＯＳＦＥＴ２１ａと２１ｂはソース同士、ゲート同士が接続されており、寄生ダイオードのアノード同士が接続されている。そのため、ＭＯＳＦＥＴ２１ａ、２１ｂがオフ時に各ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを通して電流が流れないように構成されている。また、ＭＯＳＦＥＴ２１ａのゲート−ソース間には、ゲート−ソース抵抗が接続されている。ＭＯＳＦＥＴ２１ａのゲートには、ゲート抵抗を介してダイオード８１のアノードが接続されている。ダイオード８１のカソードには、ＰＮＰ型のデジタルトランジスタ９１のコレクタが接続されている。デジタルトランジスタ９１のエミッタには、直流電源Ｖｉｎから直流電圧が供給されている。
【００３７】
スイッチ手段２２内の２個のＮ型ＭＯＳＦＥＴ２２ａ、２２ｂ、ダイオード８２およびＰＮＰ型のデジタルトランジスタ９２についても同様に接続されている。ゲート抵抗と直列にダイオード８１、８２が接続されているのは、逆バイアスによりＭＯＳＦＥＴ２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂが誤動作するのを防止するためである。
【００３８】
また、スイッチ制御部７１には、ホール素子４１、４２から検出信号Ｓ１、Ｓ２が供給されている。デジタルトランジスタ９１のベースには、スイッチ制御部７１から制御信号Ｓ１’が供給されている。同様に、デジタルトランジスタ９２のベースには、スイッチ制御部７１から制御信号Ｓ２’が供給されている。スイッチ制御部７１から供給される制御信号Ｓ１’、Ｓ２’によりデジタルトランジスタ９１、９２をオンオフすることで、スイッチ手段２１、２２内のＭＯＳＦＥＴ２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂがオンオフされる。また、スイッチ制御部７１は、検出信号Ｓ１、Ｓ２のほか、受電側ユニット１００のＩＤ認証や充電状態などに基づいて、スイッチ手段２１、２２を制御する。
【００３９】
次に、送電側ユニット１２１’の具体的な動作について説明する。ここでは、出力部に二次電池を備える２台の受電側ユニット１００を用いるとする。送電側ユニット１２１’は、各受電側ユニット１００に対して電力伝送を行う。
【００４０】
まず、受電側ユニット１００が送電コイル１１と１２のいずれの対向する位置にも配置されていない場合の動作について説明する。このとき、送電コイル１１および送電コイル１２のいずれにも受電コイル１０は所定の距離まで近接しておらず、ホール素子４１および４２は永久磁石４０の磁束を検出しない。すると、スイッチ制御部７１は、デジタルトランジスタ９１および９２をオフに切り替え、ＭＯＳＦＥＴ２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂのいずれもオフにする。そのため、送電コイル１１および送電コイル１２に対して交流電力は供給されない。
【００４１】
次に、受電側ユニット１００が送電コイル１１に対向する位置にのみ配置された場合の動作について説明する。このとき、送電コイル１１にのみ受電コイル１０が所定の距離まで近接し、ホール素子４１のみ永久磁石４０の磁束を検出する。すると、スイッチ制御部７１は、デジタルトランジスタ９１をオンに、デジタルトランジスタ９２をオフに切り替える。ＭＯＳＦＥＴ２１ａ、２１ｂはオンとなり、電力伝送回路５１から送電コイル１１に対して交流電力が供給される。そして、送電コイル１１から受電コイル１０に対して電力が伝送される。一方、ホール素子４２は、永久磁石４０の磁束を検出せず、ＭＯＳＦＥＴ２２ａ、２２ｂはオフとなる。そのため、送電コイル１２に対して交流電力は供給されない。
【００４２】
次に、受電側ユニット１００が送電コイル１２に対向する位置にのみ配置された場合の動作について説明する。このとき、送電コイル１２にのみ受電コイル１０が所定の距離まで近接し、ホール素子４２のみ永久磁石４０の磁束を検出する。すると、スイッチ制御部７１は、デジタルトランジスタ９２をオンに、デジタルトランジスタ９１をオフに切り替える。ＭＯＳＦＥＴ２２ａ、２２ｂはオンとなり、電力伝送回路５１から送電コイル１２に対して交流電力が供給される。そして、送電コイル１２から受電コイル１０に対して電力が伝送される。一方、ホール素子４１は、永久磁石４０の磁束を検出せず、ＭＯＳＦＥＴ２１ａ、２１ｂはオフとなる。そのため、送電コイル１１に対して交流電力は供給されない。
【００４３】
次に、各受電側ユニット１００が送電コイル１１と１２のそれぞれに対向する位置に配置された場合の動作について説明する。このとき、送電コイル１１と１２のそれぞれに各受電コイル１０が所定の距離まで近接し、ホール素子４１および４２は永久磁石４０の磁束を検出する。この場合、スイッチ制御部７１は、送電コイル１１と１２の両方からではなく、どちらか一方のみから電力伝送を行うようにスイッチ手段を制御する。ここでは、まず送電コイル１１を優先させて動作させるとする。ホール素子４１および４２のいずれも永久磁石４０の磁束を検出した場合、まず、デジタルトランジスタ９１のみをオンに切り替える。そして、送電コイル１１から一方の受電側ユニット１００内の受電コイル１０に対して電力伝送される。このとき、送電コイル１２から他方の受電側ユニット１００に対して電力伝送は行われない。その後、一方の受電側ユニット１００内の二次電池が満充電されたのを検出すると、スイッチ制御部７１は、デジタルトランジスタ９１をオフに切り替えるとともに、デジタルトランジスタ９２をオンに切り替える。そして、送電コイル１２から他方の受電側ユニット１００内の受電コイル１０に対して電力伝送される。そして、他方の受電側ユニット１００内の二次電池が満充電されたのを検出すると、デジタルトランジスタ９２もオフに切り替える。
【００４４】
このように、スイッチ制御部７１は、受電側ユニット１００の充電状態やホール素子の検出信号Ｓ１、Ｓ２に基づいて、所望の送電コイルのみを動作させることができる。また、同時に２つ以上の送電コイルを動作させないようにスイッチ手段を制御することで、送電側ユニット１２１’において使用する共振コンデンサを一つとすることができる。そのため、より簡素な構成とすることができる。また、複数の受電側ユニット１００を用いて、２つの送電コイルに対してそれぞれ受電コイルが近接した場合でも、スイッチ制御部７１によりいずれか一つの送電コイルのみを順番に駆動させることができる。スイッチ制御部７１は、マイコン等を用いてシーケンスを構成することできる。
【００４５】
上記説明では、同時に２つ以上の送電コイルを動作させないようにスイッチ手段を制御している。送電コイル１１と１２のそれぞれに対向する位置に受電側ユニット１００を配置された際に、一方の送電コイルを優先させて動作させている。スイッチ手段の制御方法については、この実施例に限定されるものではなく、位置検出素子の検出結果に基づいて
任意の送電コイルを動作させることができる。他の動作例として、先に置かれた受電側ユニット１００に対向する送電コイルを優先させて動作させるようにスイッチ手段を制御してもよい。
【００４６】
また、位置検出素子として、永久磁石４０の代わりに発光素子、ホール素子４１、４２の代わりに受光素子を用いてもよい。この場合、受電側ユニット１００の位置検出時にスイッチ制御部７１は送電コイルを間欠動作させる。送電コイルに受電コイル１０が所定の距離まで近接すると、間欠発振モードで駆動された送電コイルから受電コイルに対して、わずかな期間電力伝送され、発光素子は所定のパルス信号を発生する。そして、受光素子がそのパルスを検出し、スイッチ制御部７１は、受光素子から供給される信号が所定のパルス信号であるか否かを照合する。このようにして、送電コイルと近接する場所に受電コイルが位置しているかを検出する。他にも、位置検出素子として、永久磁石４０の代わりに発振回路、ホール素子４１、４２の代わりに受信回路を用いて同様に動作させ、位置検出を行うことができる。
【００４７】
これら場合、受電側ユニット１００内の二次電池が放電された状態では、発光素子や発振回路の信号動力源を得ることができない。そのため、位置検出を行うときに送電コイルを間欠動作させることで、受電側ユニット１００内の位置検出素子に信号駆動用の電力を供給している。そして、受電側ユニット１００内の位置検出素子から得られた信号をスイッチ制御部７１で認証することで、送電コイルから電力伝送される場所に、受電コイルが位置しているかを検出することができる。なお、位置検出素子として永久磁石とホール素子を用いた場合は、信号動力源は必要なく、このような間欠発振は不要である。
【００４８】
また、スイッチ手段として、オン抵抗の低いＮ型のＭＯＳＦＥＴを用いた。そして、電力伝送回路５１から供給される交流電力をスイッチングするために、２個のＮ型ＭＯＳＦＥＴのソース同士を接続した逆直列接続とした。このような構成とすることで、スイッチ手段における電圧降下を低く抑えることができ、低損失、低発熱とすることができる。なお、スイッチ手段として、双方向に電流を流せるトライアックやリレーを用いる構成としてもよい。
【００４９】
また、ＰＮＰ型のデジタルトランジスタ９１、９２を用いてスイッチ手段２１、２２の接続を切り替えることにより、マイコン等の信号で直接ドライブすることが可能である。また、アイソレーションしたい場合はデジタルトランジスタ９１、９２の代わりにフォトトランジスタを挿入しても同等の制御が可能である。
【００５０】
また、電力伝送回路５１としてフルブリッジ回路を用いたが、ハーフブリッジ回路もしくは１石式インバータとしてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 受電コイル
１１〜１Ｎ 送電コイル
２１〜２Ｎ スイッチ手段
２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ ＭＯＳＦＥＴ
３０ 共振コンデンサ
３１〜３Ｎ 共振コンデンサ
４０ 永久磁石
４１〜４Ｎ ホール素子
５０ 整流平滑回路
５１ 電力伝送回路
６１ 制御回路
７１ スイッチ制御部
８１、８２ ダイオード
９１、９２ ＰＮＰ型デジタルトランジスタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を供給するための電力伝送回路と、該電力伝送回路から該交流電力が供給される複数の送電コイルと、該複数の送電コイルから電磁誘導を用いて非接触で電力伝送される少なくとも１つ以上の受電コイルとを備える無接点電力伝送装置において、
該送電コイルには、該交流電力を供給するか否かを切り替えるスイッチ手段と、該送電コイルの近傍に該受電コイルの有無を検出する位置検出手段とを備えることを特徴とする無接点電力伝送装置。
【請求項２】
交流電力を供給するための電力伝送回路と、該電力伝送回路から該交流電力が供給される複数の送電コイルと、該複数の送電コイルから電磁誘導を用いて非接触で電力伝送される少なくとも１つ以上の受電コイルとを備える無接点電力伝送装置において、
該送電コイルには、該送電コイルの近傍に該受電コイルの有無を検出する位置検出手段を備え、該送電コイルと該電力伝送回路との間にスイッチ手段を備えることを特徴とする無接点電力伝送装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の無接点電力伝送装置において、前記スイッチ手段は第１および第２のＮ型ＭＯＳＦＥＴを備え、該第１および該第２のＮ型ＭＯＳＦＥＴのソース同士が接続され、該第１および該第２のＮ型ＭＯＳＦＥＴのゲート同士が接続されていることを特徴とする無接点電力伝送装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の無接点電力伝送装置において、前記位置検出手段は前記複数の送電コイルのそれぞれの近傍に配置する磁気検出素子と、前記受電コイルの近傍に配置する永久磁石からなることを特徴とする無接点電力伝送装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の無接点電力伝送装置において、前記位置検出手段は前記複数の送電コイルのそれぞれの近傍に配置する受光素子と、前記受電コイルの近傍に配置する発光素子からなることを特徴とする無接点電力伝送装置。
【請求項６】
請求項１または２に記載の無接点電力伝送装置において、前記位置検出手段は前記複数の送電コイルのそれぞれの近傍に配置する受信回路と、前記受電コイルの近傍に配置する発振回路からなることを特徴とする無接点電力伝送装置。
【請求項７】
請求項１または２に記載の無接点電力伝送装置において、前記電力伝送回路はフルブリッジ構成からなることを特徴とする無接点電力伝送装置。
【請求項８】
請求項１または２に記載の無接点電力伝送装置において、前記電力伝送回路はハーフブリッジ構成からなることを特徴とする無接点電力伝送装置。
【請求項９】
請求項１または２に記載の無接点電力伝送装置において、前記電力伝送回路は１石式インバータからなることを特徴とする無接点電力伝送装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の無接点電力伝送装置において、前記送電コイルにさらに共振コンデンサを備えることを特徴とする無接点電力伝送装置。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の無接点電力伝送装置において、前記送電コイルと前記電力伝送回路との間に共振コンデンサを備えることを特徴とする無接点電力伝送装置。
【請求項１】
交流電力を供給するための電力伝送回路と、該電力伝送回路から該交流電力が供給される複数の送電コイルと、該複数の送電コイルから電磁誘導を用いて非接触で電力伝送される少なくとも１つ以上の受電コイルとを備える無接点電力伝送装置において、
該送電コイルには、該交流電力を供給するか否かを切り替えるスイッチ手段と、該送電コイルの近傍に該受電コイルの有無を検出する位置検出手段とを備えることを特徴とする無接点電力伝送装置。
【請求項２】
交流電力を供給するための電力伝送回路と、該電力伝送回路から該交流電力が供給される複数の送電コイルと、該複数の送電コイルから電磁誘導を用いて非接触で電力伝送される少なくとも１つ以上の受電コイルとを備える無接点電力伝送装置において、
該送電コイルには、該送電コイルの近傍に該受電コイルの有無を検出する位置検出手段を備え、該送電コイルと該電力伝送回路との間にスイッチ手段を備えることを特徴とする無接点電力伝送装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の無接点電力伝送装置において、前記スイッチ手段は第１および第２のＮ型ＭＯＳＦＥＴを備え、該第１および該第２のＮ型ＭＯＳＦＥＴのソース同士が接続され、該第１および該第２のＮ型ＭＯＳＦＥＴのゲート同士が接続されていることを特徴とする無接点電力伝送装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の無接点電力伝送装置において、前記位置検出手段は前記複数の送電コイルのそれぞれの近傍に配置する磁気検出素子と、前記受電コイルの近傍に配置する永久磁石からなることを特徴とする無接点電力伝送装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の無接点電力伝送装置において、前記位置検出手段は前記複数の送電コイルのそれぞれの近傍に配置する受光素子と、前記受電コイルの近傍に配置する発光素子からなることを特徴とする無接点電力伝送装置。
【請求項６】
請求項１または２に記載の無接点電力伝送装置において、前記位置検出手段は前記複数の送電コイルのそれぞれの近傍に配置する受信回路と、前記受電コイルの近傍に配置する発振回路からなることを特徴とする無接点電力伝送装置。
【請求項７】
請求項１または２に記載の無接点電力伝送装置において、前記電力伝送回路はフルブリッジ構成からなることを特徴とする無接点電力伝送装置。
【請求項８】
請求項１または２に記載の無接点電力伝送装置において、前記電力伝送回路はハーフブリッジ構成からなることを特徴とする無接点電力伝送装置。
【請求項９】
請求項１または２に記載の無接点電力伝送装置において、前記電力伝送回路は１石式インバータからなることを特徴とする無接点電力伝送装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の無接点電力伝送装置において、前記送電コイルにさらに共振コンデンサを備えることを特徴とする無接点電力伝送装置。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の無接点電力伝送装置において、前記送電コイルと前記電力伝送回路との間に共振コンデンサを備えることを特徴とする無接点電力伝送装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１３０５６９（Ｐ２０１１−１３０５６９Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８６１１５（Ｐ２００９−２８６１１５）
【出願日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（０００００３０８９）東光株式会社 (243)
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（０００００３０８９）東光株式会社 (243)
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