(57)【要約】【課題】給電装置に近接させなくても効率よく給電を行えるようにする。【解決手段】受電電極１１は、モバイル装置１を携帯している人体３と容量結合し、給電装置２によって誘起された人体周りの電界の作用を受ける。電力変換部１２は、受電電極１１に作用した電界から直流電圧を生成し、充電回路１３を介してバッテリ１４を充電する。電力変換部１２は、コイル１０１と、受電電極１１に接続した電極１０２とより構成される電圧生成回路１００をコイル１０１を直列接続した形態で二つ備える。また、電力変換ユニット１２１は、直接接続した二つのコイル１０１の共振周波数を設定するための第１コンデンサ１１０と、直接接続した二つのコイル１０１の両端に生じる交流を直流化する整流回路を形成するダイオード１２０と第２コンデンサ１３０とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機器であって、
受電電極と、
前記受電電極に接続し、前記受電電極に印加される交流電界を電力に変換する電力変換部とを有し、
前記電力変換部は、
コイルと、
前記受電電極に接続した、前記コイルに当該コイルの軸方向に重ねて配置された電極と、
前記コイルの両端間に生じる交流を、前記電力として用いる直流に整流する整流部とを有することを特徴とする電気機器。
【請求項２】
電気機器であって、
受電電極と、
前記受電電極に接続し、前記受電電極に印加される交流電界を電力に変換する電力変換部とを有し、
前記電力変換部は、
直列接続された複数のコイルと、
前記複数のコイルの各々に対応して、各々設けられた、前記受電電極に接続し対応するコイルに当該コイルの軸方向に重ねて配置された、複数の電極と、
前記直列接続した複数のコイルの両端間に生じる交流を、前記電力として用いる直流に整流する整流部とを有することを特徴とする電気機器。
【請求項３】
請求項１または２記載の電気機器であって、
複数の前記電力変換部を、各電力変換部の整流部の出力を直列接続した形態で備えたことを特徴とする電気機器。
【請求項４】
請求項１または２記載の電気機器であって、
複数の前記電力変換部を、各電力変換部の整流部の出力を並列接続した形態で備えたことを特徴とする電気機器。
【請求項５】
請求項１、２、３または４記載の給電システムであって、
前記給電媒体は人体であることを特徴とする給電システム。
【請求項６】
請求項１、２、３、４または５記載の電気機器と、当該電気器の前記受信電極が容量結合する、導電性ある給電媒体に容量結合し当該給電媒体に交流電圧信号を印加して当該給電媒体周りに電界を誘起する給電装置とを有することを特徴とする給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モバイル装置等の電気機器に非接触で電力を供給する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非接触で電力を供給する技術としては、給電装置から被給電装置に交流磁束や電磁波を印加し、被給電装置において印加された交流磁束や電磁波をコイル等を用いて電力に変換して使用する技術が知られている（たとえば、特許文献１、２）。
【特許文献１】特開2000-50534号公報
【特許文献２】特開2007-18210号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記交流磁束や電磁波を用いて給電を行う技術によれば、給電装置と被給電装置を充分に近接させないと、効率よく給電を行えないという問題があった。
そこで、本発明は、給電装置と被給電装置をさほど近接させなくても、非接触で効率よく給電を行えるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記課題達成のために、本発明は、電気機器に受電電極と、前記受電電極に接続し、前記受電電極に印加される交流電界を電力に変換する電力変換部とを備えたものである。
【０００５】
ここで、前記電力変換部は、コイルと、前記受電電極に接続した、前記コイルに当該コイルの軸方向に重ねて配置された電極と、前記コイルの両端間に生じる交流を、前記電力として用いる直流に整流する整流部とを含めて構成する。または、直列接続された複数のコイルと、前記複数のコイルの各々に対応して、各々設けられた、前記受電電極に接続し対応するコイルに当該コイルの軸方向に重ねて配置された、複数の電極と、前記直列接続した複数のコイルの両端間に生じる交流を、前記電力として用いる直流に整流する整流部とより構成するようにしてもよい。
【０００６】
このような電気機器によれば、交流電界の発生空間内に受信電極を位置させるだけで、電力を効率よく発生することができる。したがって、電気機器を直接給電装置に近接させずとも、たとえば、電気機器の受信電極を、給電装置において交流電界を発生させた空間内に位置させるだけで、当該電気機器に効率良く給電を行うことができるようになる。
さて、ここで、以上のような電気機器には、複数の前記電力変換部を、各電力変換部の整流部の出力を直列接続した形態で備えるようにしたり、複数の前記電力変換部を、各電力変換部の整流部の出力を並列接続した形態で備えるようにして、出力電圧や出力電流を、電力変換部を単独で備える場合に比べ増大させるようにしてもよい。
【０００７】
また、以上の電気機器、給電システムにおいて前記給電媒体は人体であってよい。
また、以上の各電気機器を用いた給電システムは、より具体的には、当該電気機器と、当該電気器の前記受信電極が容量結合する、導電性ある給電媒体に容量結合し当該給電媒体に交流電圧信号を印加して当該給電媒体周りに電界を誘起する給電装置とより構成することができる。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように、本発明によれば、給電装置と被給電装置をさほど近接させなくても、非接触で効率よく給電を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を説明する。
図１ａに、本実施形態に係る給電システムの構成を示す。
図示するように、給電システムは、人間によって携帯されるモバイル装置１と、モバイル装置１に人体３を介して給電を行う給電装置２とを有する。
そして、給電装置２は、交流電圧信号を生成する発振器２１、発振器２１が生成した交流電圧信号を増幅して給電電極２３に印加する増幅器２２とを有している。ここで、給電電極２３は、給電電極２３に接近した人体３と非接触で容量結合して、交流信号を人体３に印加し、人体周りに電界を誘起する。
【００１０】
一方、モバイル装置１は、受電電極１１、電力変換部１２、充電回路１３、バッテリ１４、電源回路１５、機能部１６とを有している。
そして、このようなモバイル装置１の構成において、受電電極１１は、モバイル装置１を携帯している人体３と非接触で容量結合し、人体周りの電界の作用を受ける。電力変換部１２は、受電電極１１に作用した電界から直流電圧を生成し、充電回路１３は、電力変換部１２が生成した直流電圧による電流を用いてバッテリ１４を充電し、電源回路１５は、バッテリ１４の電力を用いて、機能部１６で必要とする各種電圧の電源を生成する。そして、機能部１６は、電源回路１５が生成した電源を用いて動作し、所定の機能を果たす。
【００１１】
ここで、本実施形態に係る給電システムによれば、以上のように給電装置２とモバイル装置１が動作するので、たとえば、図１ｂに示すように、モバイル装置１を携帯したユーザが、改札ゲートなどに設置された給電電極２３に手を接近させただけで、給電装置２からモバイル装置１に給電することができるようになる。
【００１２】
さて、図１ａに戻り、モバイル装置１の電力変換部１２は、受電電極１１を各々入力INに接続した複数の電力変換ユニット１２１の正負（+-）の出力を直列接続した構成を有している。ここで、この電力変換部１２の構成を図２ａに示す。
図示するように、電力変換ユニット１２１は、コイル１０１とコイル１０１に近接配置した電極１０２とより構成される電圧生成回路１００を二つ備えており、二つの電圧生成回路１００のコイル１０１は直列に接続される。また、二つの電圧生成回路１００の電極１０２は、電力変換ユニット１２１の入力INを介して受電電極１１に接続される。
【００１３】
また、電力変換ユニット１２１は、直接接続した二つのコイル１０１の共振周波数を給電装置２の発振器２１の生成する交流電圧信号の周波数に設定するための第１コンデンサ１１０と、直接接続した二つのコイル１０１の両端に生じる交流を直流化する整流回路を有し、この整流回路は、ダイオード１２０と第２コンデンサ１３０とより構成され、この整流回路の出力が電力変換ユニット１２１の正負（+-）の出力となる。
【００１４】
なお、電力変換部１２を構成するｎ個の電力変換ユニット１２１の直列接続は、i（iは１から n-1の整数)番目の電力変換ユニット１２１の負-の出力をi+１番目の電力変換ユニット１２１の正+の出力に接続することにより行われる。そして、１番目の電力変換ユニット１２１の正+の出力と、ｎ番目の電力変換ユニット１２１の負-の出力が電力変換部１２の出力として充電回路１３に接続される。
【００１５】
さて、このような電力変換部１２によれば、各電力変換ユニット１２１の各電圧生成回路１００において、電極１０２に交流電圧が印加されると、電極１０２に交流が発生し、この交流に追従して、コイル１０１の軸方向にコイル１０１を貫く磁束に変化が発生し、この磁束変化に応じてコイル１０１に誘起電圧が生じる。そして、各電力変換ユニット１２１において、直列接続された二つのコイル１０１の両端間の交流電圧が、整流回路によって直流電圧に整流された後に出力される。そして、電力変換部１２において、各電力変換ユニット１２１の出力する直流電圧が加算され、当該電圧による電流が充電回路１３に出力され、バッテリ１４に充電されることになる。なお、本発明者の実験によれば、給電電極２３への5.0Vppの交流電圧信号の印加に対して、電力変換ユニット１２１一つでDC3.4V、22μAの電力を得ることができた。
【００１６】
ここで、図２ｂ１、ｂ２に電圧生成回路１００の第１の構成例を示す。
図示するように、電圧生成回路１００は、フェライト製のコア１０１１が中央穴に挿入されたコイル１０１と、コア１０１１の上部の端面に固定した銅性の電極１０２と、電極１０２をコア１０１１の端面上に封止する比較的透磁率の大きな封止体１０１２を有している。ここで、電極１０２は導線を介して前述のように受電電極１１に接続される。また、封止体１０１２としては、磁性粉末を混合したエポキシ樹脂などを用いることができる。
【００１７】
次に、図３に電圧生成回路１００の第２の構成例を示す。
本構成例は、プリント基板の導体パターンとして電圧生成回路１００を形成したものであり、この構成例では、図３ａに層構造を示すように、板状またはフィルム状の基材の３１の上に、第１パターン層３２、絶縁層３３、第２パターン層３４を当該順序で積層したプリント基板３０を用いる。
【００１８】
そして、図３ｂに示すように、第１パターン層３２に設けた渦巻き形状を有する導電体パターンによってコイル１０１を形成し、第２パターン層３４に、導電体パターンにより電極１０２を形成する。また、絶縁層には、コイル１０１の両端を、第１パターン層上の、コイル１０１の両端に接続する導線パターンに接続するための接続ビア３５を形成する。ここで、電極１０２の導電体パターンは、図３ｄにプリント基板３０を鉛直方向から見た配置を示すように、コイル１０１のパターンを覆うように形成する。
【００１９】
ここで、図３ｄは、このようにして電圧生成回路１００を形成したプリント基板３０の外観を表しており、図示するように電圧生成回路１００は、単一のプリント基板３０に任意数形成することができる。
なお、電圧生成回路１００は、以上のようにプリント基板３０の導体パターンとして形成するのと同様にして半導体基板上のパターンとして形成することもできる。
以上、本発明の実施形態について説明した。
ところで、以上の実施形態では、電力変換部１２を、受電電極１１を各々入力INに接続した複数の電力変換ユニット１２１を直列に接続して構成したが、電力変換部１２は、電力変換ユニット１２１を単独で用いるように構成してもよい。
または、電力変換部１２は、図４ａに示すように受電電極１１を各々入力INに接続した複数の電力変換ユニット１２１を並列に接続して構成してもよい。なお、この場合には、電力変換部１２を構成する複数の電力変換ユニット１２１の並列接続は、各電力変換ユニット１２１の正+の出力同士、負-の出力同士をそれぞれ接続することにより行われる。そして、各電力変換ユニット１２１の正+の出力と、各電力変換ユニット１２１の負-の出力を電力変換部１２の出力として充電回路１３に接続することになる。
【００２０】
このようにすることにより、電力変換部１２から充電回路１３に流れる直流電流を大きさを、電力変換ユニット１２１を単独で用いる場合に比べ増大することができる。
また、以上の実施形態は、モバイル装置１を、充電回路１３、バッテリ１４、電源回路１５を省略し、電力変換部１２の出力を直接電源として機能部１６を動作させるように構成してもよい。
また、以上の実施形態に係る給電システムは、給電装置２を、モバイル装置１に信号伝送を行う送信装置として構成するようにしてもよい。
すなわち、この場合には、給電システムを、図４ｂに示すように、人間によって携帯されるモバイル装置１と、モバイル装置１に人体３を介した給電と信号送信を行う送信装置４とを有する。
【００２１】
そして、送信装置４は、モバイル装置１に送信する信号を出力する送信信号処理部４１、送信信号処理部４１から出力された信号をＡＭ変調する変調器４２、ＡＭ変調器が変調した信号を増幅して給電電極２３に印加する増幅器２２とを有している。
一方、モバイル装置１は、受電電極１１、電力変換部１２、充電回路１３、バッテリ１４、電源回路１５、機能部１６、復調器１７とを有している。
そして、モバイル装置１において、受電電極１１は、モバイル装置１を携帯している人体３と容量結合し、人体周りの電界の作用を受ける。電力変換部１２は、受電電極１１に作用した電界から直流電圧を生成し、充電回路１３は、電力変換部１２が生成した直流電圧による電流を用いてバッテリ１４を充電し、電源回路１５は、バッテリ１４の電力を用いて、機能部１６で必要とする各種電圧の電源を生成する。復調器１７は、電源回路１５が生成した電源を用いて動作し、受電電極１１の出力より送信装置４が送信した信号を復調する。そして、機能部１６は、電源回路１５が生成した電源を用いて動作し、復調器１７が復調した信号を受信し、受信した信号に対して所定の処理を行う。
【００２２】
以上、本発明の実施形態について説明した
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る給電システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る給電システムの電力変換ユニットの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電圧生成回路の他の構成例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る給電システムの他の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２４】
１…モバイル装置、２…給電装置、３…人体、４…送信装置、１１…受電電極、１２…電力変換部、１３…充電回路、１４…バッテリ、１５…電源回路、１６…機能部、１７…復調器、２１…発振器、２２…増幅器、２３…給電電極、３０…プリント基板、４１…送信信号処理部、４２…変調器、１００…電圧生成回路、１０１…コイル、１０２…電極、１１０…第１コンデンサ、１２０…ダイオード、１２１…電力変換ユニット、１３０…第２コンデンサ、１０１１…コア、１０１２…封止体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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