(57)【要約】  高周波電力が供給される送電コイル(3)を有する送電装置(1)と、受電コイル(4)と共振コンデンサ(7)の並列回路の共振により受電する共振回路、及び受電した交流電力を直流電力に変換する整流回路(8)を有する受電装置(2)とを備え、送電コイルと受電コイルの間の電磁誘導を介して電力を伝送する非接触電力伝送システム。受電装置は更に、整流回路の出力における直流電圧を検出する電圧監視部(13)と、整流回路の出力側に接続された調整用負荷(12)と、電圧監視部からの出力信号に基づき調整用負荷の特性を制御する受電制御回路(10)とを備える。調整用負荷の特性を制御することにより、直流電圧が所定の一定範囲内のレベルとなるように、特性に応じて調整用負荷を流れる電流を調整する。受電コイルからの発熱を抑制する機能が、受電側の機器の動作を停止させることなく、機器のサイズの増大を回避した簡素な構成で得られる。
2014010513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電力が供給される送電コイルを有する送電装置と、
受電コイルと共振コンデンサの並列回路の共振により受電する共振回路、及び受電した交流電力を直流電力に変換する整流回路を有する受電装置とを備え、
前記送電コイルと前記受電コイルの間の電磁誘導を介して前記送電装置から前記受電装置へ電力を伝送する非接触電力伝送システムにおいて、
前記受電装置は更に、
前記整流回路の出力における直流電圧を検出する電圧監視部と、
前記整流回路の出力側に接続された調整用負荷と、
前記電圧監視部からの出力信号に基づき前記調整用負荷の特性を制御する受電制御回路とを備え、
前記調整用負荷の特性を制御することにより、前記直流電圧が所定の一定範囲内のレベルとなるように、前記特性に応じて前記調整用負荷を流れる電流を調整することを特徴とする非接触電力伝送システム。
【請求項２】
前記受電制御回路による前記調整用負荷の特性の制御は、前記調整用負荷に流れる電流の大きさを調整するか、または、前記調整用負荷に電流を流すためのクロックの速度を制御するように行われる請求項１に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項３】
前記受電装置は、前記整流回路から出力される電力により二次電池を充電するとともに、前記受電制御回路により前記二次電池の充電制御を行うように構成され、
前記所定の一定範囲は、前記二次電池の充電制御に必要なレベルに設定されている請求項１に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項４】
前記受電制御回路は、前記二次電池の充電制御における定電流充電の領域では、前記二次電池の充電状態に応じた充電電圧を計算し、前記算出された充電電圧を充足させる調整も含めて前記調整用負荷の特性を制御する請求項３に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項５】
前記受電装置は、前記整流回路の出力電圧を昇圧して供給する昇圧回路を備えている請求項１に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項６】
前記受電装置は、前記電圧監視部が検出する前記整流回路の直流電圧の情報を前記送電装置に送信する送信部を備え、
前記送電装置は、前記送信部を介して送信された情報を受信する受信部と、受信した前記整流回路の直流電圧の情報に応じて前記送電コイルから伝送される電力を制御する送電制御回路とを備え、
前記送電制御回路は、前記受信部が受信する前記整流回路の直流電圧が前記所定の一定範囲内のレベルになるように、前記送電コイルから伝送される電力を制御する請求項１〜５のいずれか１項に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項７】
高周波電力が供給される送電コイルを有する送電装置と、
受電コイルと共振コンデンサの並列回路の共振により受電する共振回路、及び受電した交流電力を直流電力に変換する整流回路を有する受電装置とを備え、
前記送電コイルと前記受電コイルの間の電磁誘導を介して前記送電装置から前記受電装置へ電力を伝送する非接触電力伝送システムにおいて、
前記受電装置は、前記整流回路の出力における直流電圧を検出する電圧監視部、及び前記電圧監視部が検出する前記直流電圧の情報を前記送電装置に送信する送信部を備え、
前記送電装置は、前記送信部を介して送信された情報を受信する受信部と、受信した前記直流電圧の情報に応じて前記送電コイルから伝送される電力を制御する送電制御回路とを備え、
前記送電制御回路は、前記受信部が受信する前記直流電圧が所定の一定範囲内のレベルになるように、前記送電コイルから伝送される電力を制御することを特徴とする非接触電力伝送システム。
【請求項８】
前記受電装置は、前記整流回路から出力される電力により二次電池を充電するように構成されるとともに、前記二次電池の充電制御を行う機能を有する受電制御回路を備え、
前記所定の一定範囲は、前記二次電池の充電制御に必要なレベルに設定されている請求項７に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項９】
前記受電制御回路は、前記二次電池の充電制御における定電流充電の領域では、前記二次電池の充電状態に応じた充電電圧を計算し、前記算出された充電電圧を前記送信部を介して前記受信部に送信し、
前記送電制御回路は、前記受信部が受信する前記直流電圧が前記算出された充電電圧を充足するようにする調整も含めて、前記送電コイルに供給する電力を制御する請求項８に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項１０】
前記受電装置は、前記整流回路の出力電圧を昇圧して供給する昇圧回路を備えている請求項７に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の非接触電力伝送システムに用いられる二次電池パックであって、
二次電池と、
受電コイルと共振コンデンサの並列回路の共振により受電する共振回路、及び受電した交流電力を直流電力に変換する整流回路を有する受電装置とを備え、
前記受電装置は更に、
前記整流回路の出力における直流電圧を検出する電圧監視部と、
前記整流回路の出力側に接続された調整用負荷と、
前記電圧監視部からの出力信号に基づき前記調整用負荷の特性を制御する受電制御回路とを備え、
前記受電装置は、前記整流回路から出力される電力により二次電池を充電するとともに、前記受電制御回路により前記二次電池の充電制御を行うように構成され、
前記調整用負荷の特性を制御することにより、前記直流電圧が前記二次電池の充電制御に必要なレベルとなるように、前記特性に応じて前記調整用負荷を流れる電流を調整することを特徴とする二次電池パック。
【請求項１２】
請求項７に記載の非接触電力伝送システムに用いられる二次電池パックであって、
二次電池と、
受電コイルと共振コンデンサの並列回路の共振により受電する共振回路、及び受電した交流電力を直流電力に変換する整流回路を有する受電装置とを備え、
前記受電装置は、前記整流回路の出力における直流電圧を検出する電圧監視部、及び前記電圧監視部が検出する前記直流電圧の情報を前記送電装置に送信する送信部を備え、
前記受電装置は、前記整流回路から出力される電力により二次電池を充電するように構成されるとともに、前記二次電池の充電制御を行う機能を有する受電制御回路を備えることを特徴とする二次電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導を利用して、送電側から受電側に非接触で電力を伝送する電力伝送システムに関する。特に、受電側のコイルでの発熱を抑制するように改良された非接触電力伝送システムに関する。また、そのような非接触電力伝送システムに適用可能なように構成された二次電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話をはじめとする小型の電気機器に対して、非接触（ワイヤレス）で給電する非接触電力伝送システムが採用されつつある。小型の電気機器に内蔵された二次電池を充電するために、非接触電力伝送システムを採用すれば、充電操作の煩雑さが大幅に改善される。また、ボタン型リチウムイオン電池で動作する補聴器のような小型機器の場合、使用環境を考慮して防水構造が必要である場合が多いので、形態上、電池を非接触で充電することが必須とされる。【０００３】
非接触電力伝送システムは、例えば充電器に組み込まれた送電装置と、電気機器に組み込まれた受電装置により構成される。送電装置の送電コイルと受電装置の受電コイルの間の電磁誘導を介して、送電装置から受電装置へ電力が伝送される。受電装置は、受電コイルとコンデンサの並列回路の共振により電力を受電する共振回路、及び受電した交流電力を直流電力に変換する整流回路を有する。整流回路から出力される電力を電圧変換した充電電圧により、リチウムイオン二次電池等の二次電池に対する充電が行われる。【０００４】
非接触電力伝送システムでは、受電装置を送電装置に対して所定の姿勢で載置して電力伝送を行う。その際、送電コイルと受電コイルを十分に近接させ、かつ相互の位置関係を良好な状態に維持する。但し、送電コイルと受電コイルの位置関係は、必ずしも理想的な状態に設定されるとは限らない。そのため、常に十分な電力の伝送が可能であるように、両コイルの位置ずれや距離について十分な許容度を持たせた伝送効率を前提として、非接触電力伝送システムが設計される。【０００５】
しかし、通常は、受電装置が送電装置に対して適切な位置関係に載置される。その場合、送電コイルから受電コイルへ伝送される電力が、二次電池の充電に十分なレベルを超えてしまい、余分な電力が伝送されることになる。このように余分な電力が伝送されると、受電装置における発熱が過大となる事態が発生する。その結果、特に、回路部品等の実装密度の高い小型の機器では、十分な放熱が困難になる事態が生じる。【０００６】
特許文献１には、そのような事態に対処するための構成が開示されている。すなわち、受電装置は、直流電圧変換部から負荷に供給される負荷電流を検出する電流検出回路を備え、電流検出回路は、負荷の発熱にともなって回路定数が変化する温度敏感素子を含む。電流検出回路の検出結果に基づき、直流電圧変換部は、負荷の発熱に伴って負荷電流が低減するように、負荷の充電を制御する。これにより、過度の温度上昇を抑制して、回路素子等を保護することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１７８５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示された構成の場合、負荷の発熱に応じて負荷電流が低減するように制御しているため、電力供給の対象である負荷の動作を実質的に停止させる場合が発生する。このように、受電装置が組み込まれた電気機器、例えば補聴器が動作を停止することになると、極めて不都合な事態が発生する。【０００９】
また、受電装置における発熱は通常、受電コイルの発熱量の方が、負荷の発熱より大きい。従って、余分な電力が伝送されると、受電コイルを流れる電流による受電コイルの発熱が過大となり易い。すなわち、受電装置における発熱を低減させるためには、受電コイルからの発熱を抑制することが望ましい。【００１０】
受電コイルの発熱を低減させるには、受電コイルのインダクタンスを大きくするか、出力電圧を低下させる必要がある。しかし、受電装置が携帯電話や補聴器等の小型機器に組み込まれる場合、受電コイルのインダクタンスを大きくすることは、体積の制限により適用が困難である。【００１１】
従って、本発明は、受電コイルからの発熱の抑制を、受電側の機器の動作を停止させることなく、かつ、機器のサイズの増大を回避可能な簡素な構成で可能とした非接触電力伝送システムを提供することを目的とする。【００１２】
また、そのような非接触電力伝送システムに適用可能なように構成された二次電池パック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】
本発明の非接触電力伝送システムは、基本的な構成要素として、高周波電力が供給される送電コイルを有する送電装置と、受電コイルと共振コンデンサの並列回路の共振により受電する共振回路、及び受電した交流電力を直流電力に変換する整流回路を有する受電装置とを備え、前記送電コイルと前記受電コイルの間の電磁誘導を介して前記送電装置から前記受電装置へ電力を伝送するように構成される。【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の第１構成の非接触電力伝送システムによれば、前記受電装置は更に、前記整流回路の出力における直流電圧を検出する電圧監視部と、前記整流回路の出力側に接続された調整用負荷と、前記電圧監視部からの出力信号に基づき前記調整用負荷の特性を制御する受電制御回路とを備え、前記調整用負荷の特性を制御することにより、前記直流電圧が所定の一定範囲内のレベルとなるように、前記特性に応じて前記調整用負荷を流れる電流を調整する。【００１５】
本発明の第２構成の非接触電力伝送システムによれば、前記受電装置は、前記整流回路の出力における直流電圧を検出する電圧監視部、及び前記電圧監視部が検出する前記直流電圧の情報を前記送電装置に送信する送信部を備え、前記送電装置は、前記送信部を介して送信された情報を受信する受信部と、受信した前記直流電圧の情報に応じて前記送電コイルから伝送される電力を制御する送電制御回路とを備え、前記送電制御回路は、前記受信部が受信する前記直流電圧が所定の一定範囲内のレベルになるように、前記送電コイルから伝送される電力を制御する。
【発明の効果】
【００１６】
第１構成の非接触電力伝送システムによれば、電圧監視部が検出する整流回路の直流電圧に基づいて調整用負荷に流れる電流を調整するという、簡素な構成によって、受電コイルの電圧を適切な範囲内に抑制して過熱を回避する制御を行うことができる。しかも、整流回路からの電力供給は継続されるので、電力供給対象の機器の動作を停止させることはない。【００１７】
第２構成の非接触電力伝送システムによれば、電圧監視部が検出する整流回路の直流電圧の情報を送電装置に送信し、その情報に基づいて送電コイルから伝送される電力を制御するという、簡素な構成によって、受電コイルの電圧を必要な範囲内に抑制して過熱を回避することができる。しかも、整流回路からの電力供給は継続されるので、電力供給対象の機器の動作を停止させることはない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、実施の形態１における非接触電力伝送システムを示すブロック図
【図２】図２は、同非接触電力伝送システムの動作を説明するためのグラフ
【図３】図３は、同非接触電力伝送システムの変形例を示すブロック図
【図４】図４は、実施の形態２における非接触電力伝送システムを示すブロック図
【図５】図５は、実施の形態３における非接触電力伝送システムを示すブロック図
【図６】図６は、実施の形態４における非接触電力伝送システムを示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の非接触電力伝送システムは、上記構成を基本として、以下のような態様をとることができる。
【００２０】
すなわち、第１構成の非接触電力伝送システムにおいて、前記受電制御回路による前記調整用負荷の特性の制御は、前記調整用負荷に流れる電流の大きさを調整するか、または、前記調整用負荷に電流を流すためのクロックの速度を制御するように行うことができる。
【００２１】
また、前記受電装置は、前記整流回路から出力される電力により二次電池を充電するとともに、前記受電制御回路により前記二次電池の充電制御を行うように構成され、前記所定の一定範囲は、前記二次電池の充電制御に必要なレベルに設定することができる。これにより、直流電圧のレベルを実際に必要十分な範囲に制限して、充電制御に影響を与えることなく、受電コイルの発熱を効果的に回避することができる。
【００２２】
この構成において、前記受電制御回路は、前記二次電池の充電制御における定電流充電の領域では、前記二次電池の充電状態に応じた充電電圧を計算し、前記算出された充電電圧を充足させる調整も含めて、前記調整用負荷の特性を制御する構成とすることができる。これにより、更に効果的に、受電コイル４の発熱を低く抑えることができる。
【００２３】
また、前記受電装置は、前記整流回路の出力電圧を昇圧して供給する昇圧回路を備えている構成とすることができる。この構成によれば、整流回路の出力電圧は低く抑えたまま、機器の動作に必要な電力が得られる電流を流し、さらに、昇圧回路により、機器の動作に必要な電圧・電流を出力することが可能である。整流回路の出力電圧を低く抑えることにより、受電コイルの電圧は低くなり、受電コイルの発熱を抑制する効果が向上する。
【００２４】
また、前記受電装置は、前記電圧監視部が検出する前記整流回路の直流電圧の情報を前記送電装置に送信する送信部を備え、前記送電装置は、前記送信部を介して送信された情報を受信する受信部と、受信した前記整流回路の直流電圧の情報に応じて前記送電コイルから伝送される電力を制御する送電制御回路とを備え、前記送電制御回路は、前記受信部が受信する前記整流回路の直流電圧が前記所定の一定範囲内のレベルになるように、前記送電コイルから伝送される電力を制御する構成とすることができる。これにより、電力供給の対象である機器の動作を停止させることなく、受電コイルの発熱を抑制する制御を、より確実に行うことが可能である。
【００２５】
また、第２構成の非接触電力伝送システムにおいて、前記受電装置は、前記整流回路から出力される電力により二次電池を充電するように構成されるとともに、前記二次電池の充電制御を行う機能を有する受電制御回路を備え、前記所定の一定範囲は、前記二次電池の充電制御に必要なレベルに設定されている構成とすることができる。
【００２６】
この構成において、前記受電制御回路は、前記二次電池の充電制御における定電流充電の領域では、前記二次電池の充電状態に応じた充電電圧を計算し、前記算出された充電電圧を前記送信部を介して前記受信部に送信し、前記送電制御回路は、前記受信部が受信する前記直流電圧が前記算出された充電電圧を充足するようにする調整も含めて、前記送電コイルに供給する電力を制御する構成とすることができる。
【００２７】
また、前記受電装置は、前記整流回路の出力電圧を昇圧して供給する昇圧回路を備えた構成とすることができる。
【００２８】
また、上記構成の非接触電力伝送システムを構成する受電装置と二次電池とを組合わせて、非接触電力伝送システムに適用可能な二次電池パックを、以下のように構成することができる。
【００２９】
すなわち、第１構成の非接触電力伝送システムに用いられる二次電池パックは、二次電池と、受電コイルと共振コンデンサの並列回路の共振により受電する共振回路、及び受電した交流電力を直流電力に変換する整流回路を有する受電装置とを備え、前記受電装置は更に、前記整流回路の出力における直流電圧を検出する電圧監視部と、前記整流回路の出力側に接続された調整用負荷と、前記電圧監視部からの出力信号に基づき前記調整用負荷の特性を制御する受電制御回路とを備え、前記受電装置は、前記整流回路から出力される電力により二次電池を充電するとともに、前記受電制御回路により前記二次電池の充電制御を行うように構成され、前記調整用負荷の特性を制御することにより、前記直流電圧が前記二次電池の充電制御に必要なレベルとなるように、前記特性に応じて前記調整用負荷を流れる電流を調整する構成とすることができる。
【００３０】
また、第２の構成の非接触電力伝送システムに用いられる二次電池パックは、二次電池と、受電コイルと共振コンデンサの並列回路の共振により受電する共振回路、及び受電した交流電力を直流電力に変換する整流回路を有する受電装置とを備え、前記受電装置は、前記整流回路の出力における直流電圧を検出する電圧監視部、及び前記電圧監視部が検出する前記直流電圧の情報を前記送電装置に送信する送信部を備え、前記受電装置は、前記整流回路から出力される電力により二次電池を充電するように構成されるとともに、前記二次電池の充電制御を行う機能を有する受電制御回路を備える構成とすることができる。
【００３１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３２】
＜実施の形態１＞
実施の形態１における非接触電力伝送システムについて、図１に示すブロック図を参照して説明する。この電力伝送システムを構成する送電装置１と受電装置２は各々、送電コイル３と受電コイル４を備え、両コイル間での電磁誘導を介して電力を伝送するように構成される。送電装置１は、例えば充電器に組み込まれ、受電装置２は、例えば携帯電話や補聴器等の電気機器に組み込まれる。
【００３３】
送電装置１は、送電コイル３に対して高周波電力を供給するコイルドライバ５を有し、コイルドライバ５の動作は、送電制御回路６により制御される。受電装置２は、受電コイル４と共振コンデンサ７の並列回路からなる共振回路を有する。送電コイル３と受電コイル４の間の電磁誘導を介して非接触で伝送される電力を、この共振回路での共振により効率的に受電する。共振コンデンサ７の両端の電圧は、整流回路８に供給されて、受電した交流電力は直流電力に変換される。
【００３４】
受電装置２において、整流回路８の出力電力はレギュレータ９により一定電圧に制御されて、受電制御回路１０を介して二次電池１１に供給される。二次電池１１は、受電装置２の出力電力が供給される外部負荷の一例であり、受電制御回路１０により充電制御が行われる。整流回路８の出力側にはさらに、調整用負荷１２、及び電圧監視部１３が接続されている。調整用負荷１２及び電圧監視部１３は、後述するように受電コイル４の出力電圧を抑制する制御のために用いられる。受電装置２を、携帯電話や補聴器等の電気機器に組み込む場合には、二次電池１１と組合わせた二次電池パック２０の形態とすることができる。
【００３５】
送電装置１の送電制御回路６は、コンピュータ等のＨＯＳＴシステム１４とＵＳＢで通信を行う。受電装置２の受電制御回路１０は、受電装置２が受信した電力を使用するセット機器システム１５とシリアル通信を行う。これにより、この非接触電力伝送システムが組み込まれたセット機器の状況に応じた、非接触電力伝送システムの制御が行われる。
【００３６】
充電器である送電装置１の上に、受電装置２が組み込まれた小型機器を載置すると、受電コイル４が送電コイル３に接近して配置され、所定の位置関係に設定される。その状態で、送電制御回路６はコイルドライバ５を駆動し、送電コイル３に対して高周波電力を供給する。送電コイル３の高周波電力は、電磁誘導を介して、受電コイル４と共振コンデンサ７からなる共振回路により効率的に受け取られる。
【００３７】
本実施の形態の特徴は、受電装置２に調整用負荷１２及び電圧監視部１３が設けられていることである。電圧監視部１３は、電力伝送が実施されている際に、整流回路８の出力における直流電圧を検出する。受電制御回路１０は、電圧監視部１３からの出力信号に基づき調整用負荷１２の特性を制御する。調整用負荷１２の特性を制御することにより、その特性に応じて調整用負荷１２を流れる電流を調整することができる。
【００３８】
受電制御回路１０による調整用負荷１２の特性の制御は、調整用負荷１２を流れる電流を調整することにより、整流回路８の出力における直流電圧を所定の一定範囲内のレベルに維持するように行われる。これにより、受電コイル４の出力電圧が所定の一定範囲内のレベルに制御され、受電コイル４に流れる電流による発熱量が過剰となることが回避される。
【００３９】
この効果について、図２を参照して説明する。この図は、実験Ａ〜Ｃについて、受電コイル４が各々同等の電力を受け取っているときの、時間経過に対する温度上昇を示したものである。実験Ａでは、線径０．１２ｍｍの電線を用いた受電コイル４が用いられ、出力電圧が９．３Ｖである。実験Ｂでは、線径０．１ｍｍの電線を用いた受電コイル４が用いられ、出力電圧が８．８Ｖである。実験Ｃでは、線径０．１２ｍｍの電線を用いた実験Ａと同じ受電コイル４が用いられ、出力電圧が５．２Ｖである。コイル径は、いずれの場合も８．４ｍｍである。
【００４０】
実験Ｃの場合、実験Ａ、Ｂの場合と比べて出力電圧が低く設定され、この場合、温度上昇が小さい。実験Ａ、Ｂでは、コイルの線径が異なるが、出力電圧が同程度であるため、温度上昇が同等に、実験Ｃに比べて大きくなっている。従って、同一電力を受け取る場合に、電流を大きくして電圧を下げた方が、コイルの発熱量が低減されることが判る。
【００４１】
このように、受電コイル４の出力電圧を抑制することにより、発熱を抑制することができる。これに基づき、図１の構成における調整用負荷１２に流れる電流を調整して、受電コイル４の出力電圧の不要な上昇を抑制するように制御すれば、受電コイル４の過熱を回避することができる。この場合、調整用負荷１２に流れる電流の調整による作用は、整流回路８、レギュレータ９、及び受電制御回路１０を介した二次電池１１への給電を通常どおり実施しながら得ることができる。従って、電力供給の対象である機器の動作を停止させることなく、受電コイルの発熱を抑制する制御が可能である。
【００４２】
また、受電コイル４の端子電圧を下げることにより、受電コイル４、共振コンデンサ７、整流回路８、レギュレータ９、調整用負荷１２、電圧監視部１３の耐電圧を下げて、システムを安価に作製できる効果も得られる。
【００４３】
調整用負荷１２の特性を制御することによる調整用負荷１２に流れる電流の調整は、上述のような、調整用負荷１２に流れる電流の大きさを制御する以外の方法により行うこともできる。例えば、受電制御回路１０が、調整用負荷１２にパルス的に電流を流すように制御を行い、そのためのクロックの速度を、整流回路８の直流電圧に応じて制御する構成とすることもできる。それにより、受電コイル４の出力電圧を所定範囲のレベルに維持することは、容易である。
【００４４】
調整用負荷１２を流れる電流を調整することにより、整流回路８の直流電圧を所定の一定範囲内のレベルに制御する作用が得られていることは、以下のようにして確認することができる。
【００４５】
基本的には、整流回路８から出力される直流電圧と調整用負荷１２に流れる電流を測定し、調整用負荷１２に流れる電流を増加させることにより、整流回路８以降の直流電圧が低下することを確認する。整流回路８から出力される直流電圧は受電コイル４の交流電圧と連動するので、整流後の直流電圧の変化を測定する代わりに、受電コイル４の端子電圧の変化を測定することでも代用できる。
【００４６】
受電装置２を集積回路（ＩＣ）などに集積化した場合、内部ロジックをカウンターのように連続的にスイッチングさせ、同時スイッチさせるロジックの数により消費電力を制御することにより調整用負荷１２の機能を持たせることが可能である。また、電源とＧＮＤ間に抵抗とスイッチを設け、スイッチのオン／オフで負荷の大きさを制御することもできる。
【００４７】
そのような場合でも、直流電圧が低下した時に、サーモグラフィなどにより、調整用負荷１２として機能しているＩＣの部位を特定し、そこに流れる電流を測定すればよい。ナノプローブなどを用いれば、ＩＣ内の整流回路８や昇圧回路のような電源回路の各電圧値を測定することが可能である。その結果、整流回路８や受電コイル４における電圧値の変化と、調整用負荷１２における電流値の変化の連動性が存在すれば、本実施の形態が意図する作用が得られていることが判る。
【００４８】
また、本実施の形態のように、受電装置２が、整流回路８から出力される電力により二次電池１１を充電する構成においては、受電制御回路１０に、二次電池１１の充電制御を行わせることもできる。その場合、調整用負荷１２の特性の制御による、整流回路８の出力における直流電圧のレベルは、充電制御に必要なレベルに設定することが望ましい。それにより、直流電圧のレベルを実際に必要十分な範囲に制限して、充電制御に影響を与えることなく、受電コイル４の発熱を効果的に回避することができる。
【００４９】
通常、リチウムイオン二次電池等では、充電制御が、初期の定電流（ＣＣ）充電の過程と、それに続く定電圧（ＣＶ）充電の過程からなる。ＣＣ充電の領域では、当初は必要な電圧が低く、時間と共に充電電圧が上昇していく。従って、受電制御回路１０は、ＣＣ充電の領域では、二次電池１１の充電状態に応じた充電電圧を計算し、算出された充電電圧を充足させる調整も含めて、調整用負荷１２の特性を制御する構成とすることが好ましい。それにより、更に効果的に受電コイル４の発熱を抑制できる。
【００５０】
また、ＣＶ充電の領域に入ってからも、充電電流が徐々に減少するため、受電部から見ると負荷が軽くなり、受電コイル４の電圧が上昇する。従って、ＣＶ充電の領域でも、電圧監視部１３による電圧の測定を行い、規定の電圧を超えたときには調整用負荷１２に電流を流して受電コイル４の電圧を調整することが、温度上昇の抑制に効果的である。
【００５１】
図１に示した構成では、調整用負荷１２の一端が整流回路８とレギュレータ９の間に接続されているが、図３に示すように、レギュレータ９の出力側に接続することもできる。すなわち、調整用負荷１２は、整流回路８の出力側であって、二次電池１１に給電されるべき電流が分流される位置に接続されれば、所期の効果を得ることができる。
【００５２】
なお、本実施の形態では、受電装置２から出力される電力を供給する対象が二次電池１１である例を示したが、これに限られない。すなわち、他の対象に対して給電する場合であっても、本実施の形態の非接触電力伝送システムを適用することが可能である。以降の実施の形態についても同様である。
【００５３】
＜実施の形態２＞
実施の形態２における非接触電力伝送システムについて、図４に示すブロック図を参照して説明する。この電力伝送システムの基本的な構成は、実施の形態１の構成と同様である。
【００５４】
本実施の形態は、図１におけるレギュレータ９に代えて、昇圧回路１６を用いた点が、実施の形態１とは相違する。昇圧回路１６はＤＣ／ＤＣコンバータ等により構成され、整流回路８の出力電圧を昇圧して受電制御回路１０に供給する。
【００５５】
この構成によれば、整流回路８の出力電圧は低く抑えたまま、二次電池１１の充電に必要な電力が得られる電流を流し、さらに、昇圧回路１６により、二次電池１１の充電に必要な電圧・電流を出力することが可能である。
【００５６】
整流回路８の出力電圧を低く抑えることにより、受電コイル４の電圧は低くなり、受電コイル４の発熱を抑制する効果が得られる。
【００５７】
＜実施の形態３＞
実施の形態３における非接触電力伝送システムについて、図５に示すブロック図を参照して説明する。この電力伝送システムの基本的な構成は、実施の形態１の構成と同様である。
【００５８】
本実施の形態は、図１における調整用負荷１２を排除して、受電装置２には送信部１７を、送電装置１には受信部１８を設け、受電装置２と送電装置１の間の通信を介して、受電コイル４の電圧を抑制する制御を行う構成を特徴とする。送信部１７と受信部１８は、受電コイル４と送電コイル３の電磁誘導を介して通信を行うように構成され、例えば、送信部１７は負荷変調回路を有し、受信部１８は負荷変調信号の検波回路を有する。受電装置２の整流回路８に接続されたフィルタ１９は、送電装置１と受電装置２の間の通信に伴うキャリアを除去するためのものである。
【００５９】
送信部１７は、受電制御回路１０が出力する送信信号に基づく負荷変調信号を出力する。送信部１７の出力側は、受電コイル４と共振コンデンサ７からなる共振回路に接続され、負荷変調信号により、受電電力が変調される。負荷変調信号は、送電コイル３と受電コイル４の結合を介して送電装置１に送信される。送電コイル３に発生する負荷変調信号は、受信部１８において検波され、送信信号が復調されて送電制御回路６に供給される。
【００６０】
受電制御回路１０が出力する送信信号は、電圧監視部１３が検出する整流回路８の直流電圧の情報を含む。送電制御回路６は、整流回路８の直流電圧の受信情報に応じて、送電コイル３から伝送される電力を制御する。すなわち、送電制御回路６は、受信部１８が受信する整流回路８の直流電圧が、所定の一定範囲内のレベルになるように、送電コイル３に供給する電力を制御する。あるいは、送電コイル３に供給する高周波電力の周波数を変化させることにより、伝送される電力を制御してもよい。
【００６１】
本実施の形態は、受電装置２で受け取る電力が、二次電池１１の充電に必要とされる電力より過剰である場合に、送電装置１からの送電電力を低減させることにより、過剰電力が発熱によって消費される事態を回避するものである。送電制御回路６により送電制御を行う際に、受電装置２から送信される整流回路８の直流電圧の情報を用いることにより、送電電力を必要最小限に抑えて、受電コイル４の電圧を、不要な発熱が抑制される適正な範囲に制御できる。
【００６２】
＜実施の形態４＞
実施の形態４における非接触電力伝送システムについて、図６に示すブロック図を参照して説明する。この電力伝送システムは、受電コイル４の発熱を抑制するための構成として、実施の形態１の構成と、実施の形態３の構成を組合わせたものである。
【００６３】
すなわち、受電装置２には、調整用負荷１２及び電圧監視部１３が設けられるとともに、送信部１７が設けられ、送電装置１には、受信部１８が設けられている。
【００６４】
電圧監視部１３が検出する整流回路８の直流電圧に基づいて、受電制御回路１０は調整用負荷１２の特性を、実施の形態１に記載したように制御する。整流回路８の直流電圧の情報はまた、送信部１７から受信部１８に送られて、送電制御回路６は、送電コイル３から伝送される電力を実施の形態３に記載したように制御する。これにより、電力供給の対象である機器の動作を停止させることなく、受電コイル４の発熱を抑制する制御を、より確実に行うことが可能である。
【００６５】
なお、受電制御回路１０による制御を送電制御回路６による制御に優先させて行い、調整用負荷１２の特性の制御だけでは、受電コイル４の発熱を十分に抑制できない場合に、送電制御回路６による伝送電力の制御を行う構成とすることができる。あるいは、条件によっては、送電制御回路６による制御を、受電制御回路１０による制御に優先させて行う構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の非接触電力伝送システムによれば、受電コイルからの発熱の抑制を効果的に抑制可能であり、携帯電話や補聴器等の小型の電気機器に有用である。
【符号の説明】
【００６７】
１  送電装置
２  受電装置
３  送電コイル
４  受電コイル
５  コイルドライバ
６  送電制御回路
７  共振コンデンサ
８  整流回路
９  レギュレータ
１０  受電制御回路
１１  二次電池
１２  調整用負荷
１３  電圧監視部
１４  ＨＯＳＴシステム
１５  セット機器システム
１６  昇圧回路
１７  送信部
１８  受信部
１９  フィルタ
２０  二次電池パック
【図１】
2014010513.tif 000003
【図２】
2014010513.tif 000004
【図３】
2014010513.tif 000005
【図４】
2014010513.tif 000006
【図５】
2014010513.tif 000007
【図６】
2014010513.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月27日(2014.11.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電力が供給される送電コイルを有する送電装置と、
受電コイルと共振コンデンサの並列回路の共振により受電する共振回路、及び受電した交流電力を直流電力に変換する整流回路を有する受電装置とを備え、
前記送電コイルと前記受電コイルの間の電磁誘導を介して前記送電装置から前記受電装置へ電力を伝送する非接触電力伝送システムにおいて、
前記受電装置は更に、
前記整流回路の出力における直流電圧を検出する電圧監視部と、
前記整流回路の出力側に接続された調整用負荷と、
前記電圧監視部からの出力信号に基づき前記調整用負荷の特性を制御する受電制御回路とを備え、
前記調整用負荷の特性を制御することにより、前記直流電圧が所定の一定範囲内のレベルとなるように、前記特性に応じて前記調整用負荷を流れる電流を調整することを特徴とする非接触電力伝送システム。
【請求項２】
前記受電制御回路による前記調整用負荷の特性の制御は、前記調整用負荷に流れる電流の大きさを調整するか、または、前記調整用負荷に電流を流すためのクロックの速度を制御するように行われる請求項１に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項３】
前記受電装置は、前記整流回路から出力される電力により二次電池を充電するとともに、前記受電制御回路により前記二次電池の充電制御を行うように構成され、
前記所定の一定範囲は、前記二次電池の充電制御に必要なレベルに設定されている請求項１に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項４】
前記受電制御回路は、前記二次電池の充電制御における定電流充電の領域では、前記二次電池の充電状態に応じた充電電圧を計算し、前記算出された充電電圧を充足させる調整も含めて前記調整用負荷の特性を制御する請求項３に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項５】
前記受電装置は、前記整流回路の出力電圧を昇圧して供給する昇圧回路を備えている請求項１に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項６】
前記受電装置は、前記電圧監視部が検出する前記整流回路の直流電圧の情報を前記送電装置に送信する送信部を備え、
前記送電装置は、前記送信部を介して送信された情報を受信する受信部と、受信した前記整流回路の直流電圧の情報に応じて前記送電コイルから伝送される電力を制御する送電制御回路とを備え、
前記送電制御回路は、前記受信部が受信する前記整流回路の直流電圧が前記所定の一定範囲内のレベルになるように、前記送電コイルから伝送される電力を制御する請求項１〜５のいずれか１項に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項７】
高周波電力が供給される送電コイルを有する送電装置と、
受電コイルと共振コンデンサの並列回路の共振により受電する共振回路、及び受電した交流電力を直流電力に変換する整流回路を有する受電装置とを備え、
前記送電コイルと前記受電コイルの間の電磁誘導を介して前記送電装置から前記受電装置へ電力を伝送する非接触電力伝送システムにおいて、
前記受電装置は、前記整流回路の出力における直流電圧を検出する電圧監視部、及び前記電圧監視部が検出する前記直流電圧の情報を前記送電装置に送信する送信部を備え、
前記送電装置は、前記送信部を介して送信された情報を受信する受信部と、受信した前記直流電圧の情報に応じて前記送電コイルから伝送される電力を制御する送電制御回路とを備え、
前記送電制御回路は、前記受信部が受信する前記直流電圧が所定の一定範囲内のレベルになるように、前記送電コイルから伝送される電力を制御することを特徴とする非接触電力伝送システム。
【請求項８】
前記受電装置は、前記整流回路から出力される電力により二次電池を充電するように構成されるとともに、前記二次電池の充電制御を行う機能を有する受電制御回路を備え、
前記所定の一定範囲は、前記二次電池の充電制御に必要なレベルに設定されている請求項７に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項９】
前記受電制御回路は、前記二次電池の充電制御における定電流充電の領域では、前記二次電池の充電状態に応じた充電電圧を計算し、前記算出された充電電圧を前記送信部を介して前記受信部に送信し、
前記送電制御回路は、前記受信部が受信する前記直流電圧が前記算出された充電電圧を充足するようする調整も含めて、前記送電コイルに供給する電力を制御する請求項８に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項１０】
前記受電装置は、前記整流回路の出力電圧を昇圧して供給する昇圧回路を備えている請求項７に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の非接触電力伝送システムに用いられる二次電池パックであって、
二次電池と、
受電コイルと共振コンデンサの並列回路の共振により受電する共振回路、及び受電した交流電力を直流電力に変換する整流回路を有する受電装置とを備え、
前記受電装置は更に、
前記整流回路の出力における直流電圧を検出する電圧監視部と、
前記整流回路の出力側に接続された調整用負荷と、
前記電圧監視部からの出力信号に基づき前記調整用負荷の特性を制御する受電制御回路とを備え、
前記受電装置は、前記整流回路から出力される電力により二次電池を充電するとともに、前記受電制御回路により前記二次電池の充電制御を行うように構成され、
前記調整用負荷の特性を制御することにより、前記直流電圧が前記二次電池の充電制御に必要なレベルとなるように、前記特性に応じて前記調整用負荷を流れる電流を調整することを特徴とする二次電池パック。
【請求項１２】
請求項７に記載の非接触電力伝送システムに用いられる二次電池パックであって、
二次電池と、
受電コイルと共振コンデンサの並列回路の共振により受電する共振回路、及び受電した交流電力を直流電力に変換する整流回路を有する受電装置とを備え、
前記受電装置は、前記整流回路の出力における直流電圧を検出する電圧監視部、及び前記電圧監視部が検出する前記直流電圧の情報を前記送電装置に送信する送信部を備え、
前記受電装置は、前記整流回路から出力される電力により二次電池を充電するように構成されるとともに、前記二次電池の充電制御を行う機能を有する受電制御回路を備えることを特徴とする二次電池パック。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導を利用して、送電側から受電側に非接触で電力を伝送する電力伝送システムに関する。特に、受電側のコイルでの発熱を抑制するように改良された非接触電力伝送システムに関する。また、そのような非接触電力伝送システムに適用可能なように構成された二次電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話をはじめとする小型の電気機器に対して、非接触（ワイヤレス）で給電する非接触電力伝送システムが採用されつつある。小型の電気機器に内蔵された二次電池を充電するために、非接触電力伝送システムを採用すれば、充電操作の煩雑さが大幅に改善される。また、ボタン型リチウムイオン電池で動作する補聴器のような小型機器の場合、使用環境を考慮して防水構造が必要である場合が多いので、形態上、電池を非接触で充電することが必須とされる。
【０００３】
非接触電力伝送システムは、例えば充電器に組み込まれた送電装置と、電気機器に組み込まれた受電装置により構成される。送電装置の送電コイルと受電装置の受電コイルの間の電磁誘導を介して、送電装置から受電装置へ電力が伝送される。受電装置は、受電コイルとコンデンサの並列回路の共振により電力を受電する共振回路、及び受電した交流電力を直流電力に変換する整流回路を有する。整流回路から出力される電力を電圧変換した充電電圧により、リチウムイオン二次電池等の二次電池に対する充電が行われる。
【０００４】
非接触電力伝送システムでは、受電装置を送電装置に対して所定の姿勢で載置して電力伝送を行う。その際、送電コイルと受電コイルを十分に近接させ、かつ相互の位置関係を良好な状態に維持する。但し、送電コイルと受電コイルの位置関係は、必ずしも理想的な状態に設定されるとは限らない。そのため、常に十分な電力の伝送が可能であるように、両コイルの位置ずれや距離について十分な許容度を持たせた伝送効率を前提として、非接触電力伝送システムが設計される。
【０００５】
しかし、通常は、受電装置が送電装置に対して適切な位置関係に載置される。その場合、送電コイルから受電コイルへ伝送される電力が、二次電池の充電に十分なレベルを超えてしまい、余分な電力が伝送されることになる。このように余分な電力が伝送されると、受電装置における発熱が過大となる事態が発生する。その結果、特に、回路部品等の実装密度の高い小型の機器では、十分な放熱が困難になる事態が生じる。
【０００６】
特許文献１には、そのような事態に対処するための構成が開示されている。すなわち、受電装置は、直流電圧変換部から負荷に供給される負荷電流を検出する電流検出回路を備え、電流検出回路は、負荷の発熱にともなって回路定数が変化する温度敏感素子を含む。電流検出回路の検出結果に基づき、直流電圧変換部は、負荷の発熱に伴って負荷電流が低減するように、負荷の充電を制御する。これにより、過度の温度上昇を抑制して、回路素子等を保護することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１７８５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示された構成の場合、負荷の発熱に応じて負荷電流が低減するように制御しているため、電力供給の対象である負荷の動作を実質的に停止させる場合が発生する。このように、受電装置が組み込まれた電気機器、例えば補聴器が動作を停止することになると、極めて不都合な事態が発生する。
【０００９】
また、受電装置における発熱は通常、受電コイルの発熱量の方が、負荷の発熱より大きい。従って、余分な電力が伝送されると、受電コイルを流れる電流による受電コイルの発熱が過大となり易い。すなわち、受電装置における発熱を低減させるためには、受電コイルからの発熱を抑制することが望ましい。
【００１０】
受電コイルの発熱を低減させるには、受電コイルのインダクタンスを大きくするか、出力電圧を低下させる必要がある。しかし、受電装置が携帯電話や補聴器等の小型機器に組み込まれる場合、受電コイルのインダクタンスを大きくすることは、体積の制限により適用が困難である。
【００１１】
従って、本発明は、受電コイルからの発熱の抑制を、受電側の機器の動作を停止させることなく、かつ、機器のサイズの増大を回避可能な簡素な構成で可能とした非接触電力伝送システムを提供することを目的とする。
また、そのような非接触電力伝送システムに適用可能なように構成された二次電池パック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】
【００１２】
本発明の非接触電力伝送システムは、基本的な構成要素として、高周波電力が供給される送電コイルを有する送電装置と、受電コイルと共振コンデンサの並列回路の共振により受電する共振回路、及び受電した交流電力を直流電力に変換する整流回路を有する受電装置とを備え、前記送電コイルと前記受電コイルの間の電磁誘導を介して前記送電装置から前記受電装置へ電力を伝送するように構成される。
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の第１構成の非接触電力伝送システムによれば、前記受電装置は更に、前記整流回路の出力における直流電圧を検出する電圧監視部と、前記整流回路の出力側に接続された調整用負荷と、前記電圧監視部からの出力信号に基づき前記調整用負荷の特性を制御する受電制御回路とを備え、前記調整用負荷の特性を制御することにより、前記直流電圧が所定の一定範囲内のレベルとなるように、前記特性に応じて前記調整用負荷を流れる電流を調整する。
【００１４】
本発明の第２構成の非接触電力伝送システムによれば、前記受電装置は、前記整流回路の出力における直流電圧を検出する電圧監視部、及び前記電圧監視部が検出する前記直流電圧の情報を前記送電装置に送信する送信部を備え、前記送電装置は、前記送信部を介して送信された情報を受信する受信部と、受信した前記直流電圧の情報に応じて前記送電コイルから伝送される電力を制御する送電制御回路とを備え、前記送電制御回路は、前記受信部が受信する前記直流電圧が所定の一定範囲内のレベルになるように、前記送電コイルから伝送される電力を制御する。
【発明の効果】
【００１５】
第１構成の非接触電力伝送システムによれば、電圧監視部が検出する整流回路の直流電圧に基づいて調整用負荷に流れる電流を調整するという、簡素な構成によって、受電コイルの電圧を適切な範囲内に抑制して過熱を回避する制御を行うことができる。しかも、整流回路からの電力供給は継続されるので、電力供給対象の機器の動作を停止させることはない。
【００１６】
第２構成の非接触電力伝送システムによれば、電圧監視部が検出する整流回路の直流電圧の情報を送電装置に送信し、その情報に基づいて送電コイルから伝送される電力を制御するという、簡素な構成によって、受電コイルの電圧を必要な範囲内に抑制して過熱を回避することができる。しかも、整流回路からの電力供給は継続されるので、電力供給対象の機器の動作を停止させることはない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施の形態１における非接触電力伝送システムを示すブロック図
【図２】図２は、同非接触電力伝送システムの動作を説明するためのグラフ
【図３】図３は、同非接触電力伝送システムの変形例を示すブロック図
【図４】図４は、実施の形態２における非接触電力伝送システムを示すブロック図
【図５】図５は、実施の形態３における非接触電力伝送システムを示すブロック図
【図６】図６は、実施の形態４における非接触電力伝送システムを示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の非接触電力伝送システムは、上記構成を基本として、以下のような態様をとることができる。
【００１９】
すなわち、第１構成の非接触電力伝送システムにおいて、前記受電制御回路による前記調整用負荷の特性の制御は、前記調整用負荷に流れる電流の大きさを調整するか、または、前記調整用負荷に電流を流すためのクロックの速度を制御するように行うことができる。
【００２０】
また、前記受電装置は、前記整流回路から出力される電力により二次電池を充電するとともに、前記受電制御回路により前記二次電池の充電制御を行うように構成され、前記所定の一定範囲は、前記二次電池の充電制御に必要なレベルに設定することができる。これにより、直流電圧のレベルを実際に必要十分な範囲に制限して、充電制御に影響を与えることなく、受電コイルの発熱を効果的に回避することができる。
【００２１】
この構成において、前記受電制御回路は、前記二次電池の充電制御における定電流充電の領域では、前記二次電池の充電状態に応じた充電電圧を計算し、前記算出された充電電圧を充足させる調整も含めて、前記調整用負荷の特性を制御する構成とすることができる。これにより、更に効果的に、受電コイル４の発熱を低く抑えることができる。
【００２２】
また、前記受電装置は、前記整流回路の出力電圧を昇圧して供給する昇圧回路を備えている構成とすることができる。この構成によれば、整流回路の出力電圧は低く抑えたまま、機器の動作に必要な電力が得られる電流を流し、さらに、昇圧回路により、機器の動作に必要な電圧・電流を出力することが可能である。整流回路の出力電圧を低く抑えることにより、受電コイルの電圧は低くなり、受電コイルの発熱を抑制する効果が向上する。
【００２３】
また、前記受電装置は、前記電圧監視部が検出する前記整流回路の直流電圧の情報を前記送電装置に送信する送信部を備え、前記送電装置は、前記送信部を介して送信された情報を受信する受信部と、受信した前記整流回路の直流電圧の情報に応じて前記送電コイルから伝送される電力を制御する送電制御回路とを備え、前記送電制御回路は、前記受信部が受信する前記整流回路の直流電圧が前記所定の一定範囲内のレベルになるように、前記送電コイルから伝送される電力を制御する構成とすることができる。これにより、電力供給の対象である機器の動作を停止させることなく、受電コイルの発熱を抑制する制御を、より確実に行うことが可能である。
【００２４】
また、第２構成の非接触電力伝送システムにおいて、前記受電装置は、前記整流回路から出力される電力により二次電池を充電するように構成されるとともに、前記二次電池の充電制御を行う機能を有する受電制御回路を備え、前記所定の一定範囲は、前記二次電池の充電制御に必要なレベルに設定されている構成とすることができる。
【００２５】
この構成において、前記受電制御回路は、前記二次電池の充電制御における定電流充電の領域では、前記二次電池の充電状態に応じた充電電圧を計算し、前記算出された充電電圧を前記送信部を介して前記受信部に送信し、前記送電制御回路は、前記受信部が受信する前記直流電圧が前記算出された充電電圧を充足するようする調整も含めて、前記送電コイルに供給する電力を制御する構成とすることができる。
【００２６】
また、前記受電装置は、前記整流回路の出力電圧を昇圧して供給する昇圧回路を備えた構成とすることができる。
また、上記構成の非接触電力伝送システムを構成する受電装置と二次電池とを組合わせて、非接触電力伝送システムに適用可能な二次電池パックを、以下のように構成することができる。
すなわち、第１構成の非接触電力伝送システムに用いられる二次電池パックは、二次電池と、受電コイルと共振コンデンサの並列回路の共振により受電する共振回路、及び受電した交流電力を直流電力に変換する整流回路を有する受電装置とを備え、前記受電装置は更に、前記整流回路の出力における直流電圧を検出する電圧監視部と、前記整流回路の出力側に接続された調整用負荷と、前記電圧監視部からの出力信号に基づき前記調整用負荷の特性を制御する受電制御回路とを備え、前記受電装置は、前記整流回路から出力される電力により二次電池を充電するとともに、前記受電制御回路により前記二次電池の充電制御を行うように構成され、前記調整用負荷の特性を制御することにより、前記直流電圧が前記二次電池の充電制御に必要なレベルとなるように、前記特性に応じて前記調整用負荷を流れる電流を調整する構成とすることができる。
また、第２の構成の非接触電力伝送システムに用いられる二次電池パックは、二次電池と、受電コイルと共振コンデンサの並列回路の共振により受電する共振回路、及び受電した交流電力を直流電力に変換する整流回路を有する受電装置とを備え、前記受電装置は、前記整流回路の出力における直流電圧を検出する電圧監視部、及び前記電圧監視部が検出する前記直流電圧の情報を前記送電装置に送信する送信部を備え、前記受電装置は、前記整流回路から出力される電力により二次電池を充電するように構成されるとともに、前記二次電池の充電制御を行う機能を有する受電制御回路を備える構成とすることができる。
【００２７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２８】
＜実施の形態１＞
実施の形態１における非接触電力伝送システムについて、図１に示すブロック図を参照して説明する。この電力伝送システムを構成する送電装置１と受電装置２は各々、送電コイル３と受電コイル４を備え、両コイル間での電磁誘導を介して電力を伝送するように構成される。送電装置１は、例えば充電器に組み込まれ、受電装置２は、例えば携帯電話や補聴器等の電気機器に組み込まれる。
【００２９】
送電装置１は、送電コイル３に対して高周波電力を供給するコイルドライバ５を有し、コイルドライバ５の動作は、送電制御回路６により制御される。受電装置２は、受電コイル４と共振コンデンサ７の並列回路からなる共振回路を有する。送電コイル３と受電コイル４の間の電磁誘導を介して非接触で伝送される電力を、この共振回路での共振により効率的に受電する。共振コンデンサ７の両端の電圧は、整流回路８に供給されて、受電した交流電力は直流電力に変換される。
【００３０】
受電装置２において、整流回路８の出力電力はレギュレータ９により一定電圧に制御されて、受電制御回路１０を介して二次電池１１に供給される。二次電池１１は、受電装置２の出力電力が供給される外部負荷の一例であり、受電制御回路１０により充電制御が行われる。整流回路８の出力側にはさらに、調整用負荷１２、及び電圧監視部１３が接続されている。調整用負荷１２及び電圧監視部１３は、後述するように受電コイル４の出力電圧を抑制する制御のために用いられる。受電装置２を、携帯電話や補聴器等の電気機器に組み込む場合には、二次電池１１と組合わせた二次電池パック２０の形態とすることができる。
【００３１】
送電装置１の送電制御回路６は、コンピュータ等のＨＯＳＴシステム１４とＵＳＢで通信を行う。受電装置２の受電制御回路１０は、受電装置２が受信した電力を使用するセット機器システム１５とシリアル通信を行う。これにより、この非接触電力伝送システムが組み込まれたセット機器の状況に応じた、非接触電力伝送システムの制御が行われる。
【００３２】
充電器である送電装置１の上に、受電装置２が組み込まれた小型機器を載置すると、受電コイル４が送電コイル３に接近して配置され、所定の位置関係に設定される。その状態で、送電制御回路６はコイルドライバ５を駆動し、送電コイル３に対して高周波電力を供給する。送電コイル３の高周波電力は、電磁誘導を介して、受電コイル４と共振コンデンサ７からなる共振回路により効率的に受け取られる。
【００３３】
本実施の形態の特徴は、受電装置２に調整用負荷１２及び電圧監視部１３が設けられていることである。電圧監視部１３は、電力伝送が実施されている際に、整流回路８の出力における直流電圧を検出する。受電制御回路１０は、電圧監視部１３からの出力信号に基づき調整用負荷１２の特性を制御する。調整用負荷１２の特性を制御することにより、その特性に応じて調整用負荷１２を流れる電流を調整することができる。
【００３４】
受電制御回路１０による調整用負荷１２の特性の制御は、調整用負荷１２を流れる電流を調整することにより、整流回路８の出力における直流電圧を所定の一定範囲内のレベルに維持するように行われる。これにより、受電コイル４の出力電圧が所定の一定範囲内のレベルに制御され、受電コイル４に流れる電流による発熱量が過剰となることが回避される。
【００３５】
この効果について、図２を参照して説明する。この図は、実験Ａ〜Ｃについて、受電コイル４が各々同等の電力を受け取っているときの、時間経過に対する温度上昇を示したものである。実験Ａでは、線径０．１２ｍｍの電線を用いた受電コイル４が用いられ、出力電圧が９．３Ｖである。実験Ｂでは、線径０．１ｍｍの電線を用いた受電コイル４が用いられ、出力電圧が８．８Ｖである。実験Ｃでは、線径０．１２ｍｍの電線を用いた実験Ａと同じ受電コイル４が用いられ、出力電圧が５．２Ｖである。コイル径は、いずれの場合も８．４ｍｍである。
【００３６】
実験Ｃの場合、実験Ａ、Ｂの場合と比べて出力電圧が低く設定され、この場合、温度上昇が小さい。実験Ａ、Ｂでは、コイルの線径が異なるが、出力電圧が同程度であるため、温度上昇が同等に、実験Ｃに比べて大きくなっている。従って、同一電力を受け取る場合に、電流を大きくして電圧を下げた方が、コイルの発熱量が低減されることが判る。
【００３７】
このように、受電コイル４の出力電圧を抑制することにより、発熱を抑制することができる。これに基づき、図１の構成における調整用負荷１２に流れる電流を調整して、受電コイル４の出力電圧の不要な上昇を抑制するように制御すれば、受電コイル４の過熱を回避することができる。この場合、調整用負荷１２に流れる電流の調整による作用は、整流回路８、レギュレータ９、及び受電制御回路１０を介した二次電池１１への給電を通常どおり実施しながら得ることができる。従って、電力供給の対象である機器の動作を停止させることなく、受電コイルの発熱を抑制する制御が可能である。
また、受電コイル４の端子電圧を下げることにより、受電コイル４、共振コンデンサ７、整流回路８、レギュレータ９、調整用負荷１２、電圧監視部１３の耐電圧を下げて、システムを安価に作製できる効果も得られる。
【００３８】
調整用負荷１２の特性を制御することによる調整用負荷１２に流れる電流の調整は、上述のような、調整用負荷１２に流れる電流の大きさを制御する以外の方法により行うこともできる。例えば、受電制御回路１０が、調整用負荷１２にパルス的に電流を流すように制御を行い、そのためのクロックの速度を、整流回路８の直流電圧に応じて制御する構成とすることもできる。それにより、受電コイル４の出力電圧を所定範囲のレベルに維持することは、容易である。
調整用負荷１２を流れる電流を調整することにより、整流回路８の直流電圧を所定の一定範囲内のレベルに制御する作用が得られていることは、以下のようにして確認することができる。
基本的には、整流回路８から出力される直流電圧と調整用負荷１２に流れる電流を測定し、調整用負荷１２に流れる電流を増加させることにより、整流回路８以降の直流電圧が低下することを確認する。整流回路８から出力される直流電圧は受電コイル４の交流電圧と連動するので、整流後の直流電圧の変化を測定する代わりに、受電コイル４の端子電圧の変化を測定することでも代用できる。
受電装置２を集積回路（ＩＣ）などに集積化した場合、内部ロジックをカウンターのように連続的にスイッチングさせ、同時スイッチさせるロジックの数により消費電力を制御することにより調整用負荷１２の機能を持たせることが可能である。また、電源とＧＮＤ間に抵抗とスイッチを設け、スイッチのオン／オフで負荷の大きさを制御することもできる。
そのような場合でも、直流電圧が低下した時に、サーモグラフィなどにより、調整用負荷１２として機能しているＩＣの部位を特定し、そこに流れる電流を測定すればよい。ナノプローブなどを用いれば、ＩＣ内の整流回路８や昇圧回路のような電源回路の各電圧値を測定することが可能である。その結果、整流回路８や受電コイル４における電圧値の変化と、調整用負荷１２における電流値の変化の連動性が存在すれば、本実施の形態が意図する作用が得られていることが判る。
【００３９】
また、本実施の形態のように、受電装置２が、整流回路８から出力される電力により二次電池１１を充電する構成においては、受電制御回路１０に、二次電池１１の充電制御を行わせることもできる。その場合、調整用負荷１２の特性の制御による、整流回路８の出力における直流電圧のレベルは、充電制御に必要なレベルに設定することが望ましい。それにより、直流電圧のレベルを実際に必要十分な範囲に制限して、充電制御に影響を与えることなく、受電コイル４の発熱を効果的に回避することができる。
【００４０】
通常、リチウムイオン二次電池等では、充電制御が、初期の定電流（ＣＣ）充電の過程と、それに続く定電圧（ＣＶ）充電の過程からなる。ＣＣ充電の領域では、当初は必要な電圧が低く、時間と共に充電電圧が上昇していく。従って、受電制御回路１０は、ＣＣ充電の領域では、二次電池１１の充電状態に応じた充電電圧を計算し、算出された充電電圧を充足させる調整も含めて、調整用負荷１２の特性を制御する構成とすることが好ましい。それにより、更に効果的に受電コイル４の発熱を抑制できる。
【００４１】
また、ＣＶ充電の領域に入ってからも、充電電流が徐々に減少するため、受電部から見ると負荷が軽くなり、受電コイル４の電圧が上昇する。従って、ＣＶ充電の領域でも、電圧監視部１３による電圧の測定を行い、規定の電圧を超えたときには調整用負荷１２に電流を流して受電コイル４の電圧を調整することが、温度上昇の抑制に効果的である。
【００４２】
図１に示した構成では、調整用負荷１２の一端が整流回路８とレギュレータ９の間に接続されているが、図３に示すように、レギュレータ９の出力側に接続することもできる。すなわち、調整用負荷１２は、整流回路８の出力側であって、二次電池１１に給電されるべき電流が分流される位置に接続されれば、所期の効果を得ることができる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、受電装置２から出力される電力を供給する対象が二次電池１１である例を示したが、これに限られない。すなわち、他の対象に対して給電する場合であっても、本実施の形態の非接触電力伝送システムを適用することが可能である。以降の実施の形態についても同様である。
【００４４】
＜実施の形態２＞
実施の形態２における非接触電力伝送システムについて、図４に示すブロック図を参照して説明する。この電力伝送システムの基本的な構成は、実施の形態１の構成と同様である。
【００４５】
本実施の形態は、図１におけるレギュレータ９に代えて、昇圧回路１６を用いた点が、実施の形態１とは相違する。昇圧回路１６はＤＣ／ＤＣコンバータ等により構成され、整流回路８の出力電圧を昇圧して受電制御回路１０に供給する。
【００４６】
この構成によれば、整流回路８の出力電圧は低く抑えたまま、二次電池１１の充電に必要な電力が得られる電流を流し、さらに、昇圧回路１６により、二次電池１１の充電に必要な電圧・電流を出力することが可能である。
【００４７】
整流回路８の出力電圧を低く抑えることにより、受電コイル４の電圧は低くなり、受電コイル４の発熱を抑制する効果が得られる。
【００４８】
＜実施の形態３＞
実施の形態３における非接触電力伝送システムについて、図５に示すブロック図を参照して説明する。この電力伝送システムの基本的な構成は、実施の形態１の構成と同様である。
【００４９】
本実施の形態は、図１における調整用負荷１２を排除して、受電装置２には送信部１７を、送電装置１には受信部１８を設け、受電装置２と送電装置１の間の通信を介して、受電コイル４の電圧を抑制する制御を行う構成を特徴とする。送信部１７と受信部１８は、受電コイル４と送電コイル３の電磁誘導を介して通信を行うように構成され、例えば、送信部１７は負荷変調回路を有し、受信部１８は負荷変調信号の検波回路を有する。受電装置２の整流回路８に接続されたフィルタ１９は、送電装置１と受電装置２の間の通信に伴うキャリアを除去するためのものである。
【００５０】
送信部１７は、受電制御回路１０が出力する送信信号に基づく負荷変調信号を出力する。送信部１７の出力側は、受電コイル４と共振コンデンサ７からなる共振回路に接続され、負荷変調信号により、受電電力が変調される。負荷変調信号は、送電コイル３と受電コイル４の結合を介して送電装置１に送信される。送電コイル３に発生する負荷変調信号は、受信部１８において検波され、送信信号が復調されて送電制御回路６に供給される。
【００５１】
受電制御回路１０が出力する送信信号は、電圧監視部１３が検出する整流回路８の直流電圧の情報を含む。送電制御回路６は、整流回路８の直流電圧の受信情報に応じて、送電コイル３から伝送される電力を制御する。すなわち、送電制御回路６は、受信部１８が受信する整流回路８の直流電圧が、所定の一定範囲内のレベルになるように、送電コイル３に供給する電力を制御する。あるいは、送電コイル３に供給する高周波電力の周波数を変化させることにより、伝送される電力を制御してもよい。
【００５２】
本実施の形態は、受電装置２で受け取る電力が、二次電池１１の充電に必要とされる電力より過剰である場合に、送電装置１からの送電電力を低減させることにより、過剰電力が発熱によって消費される事態を回避するものである。送電制御回路６により送電制御を行う際に、受電装置２から送信される整流回路８の直流電圧の情報を用いることにより、送電電力を必要最小限に抑えて、受電コイル４の電圧を、不要な発熱が抑制される適正な範囲に制御できる。
【００５３】
＜実施の形態４＞
実施の形態４における非接触電力伝送システムについて、図６に示すブロック図を参照して説明する。この電力伝送システムは、受電コイル４の発熱を抑制するための構成として、実施の形態１の構成と、実施の形態３の構成を組合わせたものである。
【００５４】
すなわち、受電装置２には、調整用負荷１２及び電圧監視部１３が設けられるとともに、送信部１７が設けられ、送電装置１には、受信部１８が設けられている。
【００５５】
電圧監視部１３が検出する整流回路８の直流電圧に基づいて、受電制御回路１０は調整用負荷１２の特性を、実施の形態１に記載したように制御する。整流回路８の直流電圧の情報はまた、送信部１７から受信部１８に送られて、送電制御回路６は、送電コイル３から伝送される電力を実施の形態３に記載したように制御する。これにより、電力供給の対象である機器の動作を停止させることなく、受電コイル４の発熱を抑制する制御を、より確実に行うことが可能である。
【００５６】
なお、受電制御回路１０による制御を送電制御回路６による制御に優先させて行い、調整用負荷１２の特性の制御だけでは、受電コイル４の発熱を十分に抑制できない場合に、送電制御回路６による伝送電力の制御を行う構成とすることができる。あるいは、条件によっては、送電制御回路６による制御を、受電制御回路１０による制御に優先させて行う構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の非接触電力伝送システムによれば、受電コイルからの発熱の抑制を効果的に抑制可能であり、携帯電話や補聴器等の小型の電気機器に有用である。
【符号の説明】
【００５８】
１  送電装置
２  受電装置
３  送電コイル
４  受電コイル
５  コイルドライバ
６  送電制御回路
７  共振コンデンサ
８  整流回路
９  レギュレータ
１０  受電制御回路
１１  二次電池
１２  調整用負荷
１３  電圧監視部
１４  ＨＯＳＴシステム
１５  セット機器システム
１６  昇圧回路
１７  送信部
１８  受信部
１９  フィルタ
２０  二次電池パック
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
2014010513.tif 000010
【図３】
2014010513.tif 000011
【図４】
2014010513.tif 000012
【図５】
2014010513.tif 000013
【図６】
2014010513.tif 000014
【国際調査報告】
2014010513.tif 000015
2014010513.tif 000016
2014010513.tif 000017
2014010513.tif 000018