(57)【要約】【課題】  利用者が方向や位置を気にせず電子機器を給電装置の適当な場所に置くだけで、形状や種類の異なる受電装置にも非接触で高効率な給電を行う給電システムを提供すること。【解決手段】  給電装置と受電装置とが接触して給電を行う給電システムであって、前記給電装置には第１のコイルと第１の磁性体が設けられてあり、前記受電装置には第２のコイルと第２の磁性体が設けられてあり、前記第１のコイルと前記第１の磁性体は接続されており、前記第２のコイルと前記第２の磁性体は接続されており、前記第１のコイルと前記第２のコイルは前記第１の磁性体と前記第２の磁性体との引力によって所定の位置に誘導され、前記第１のコイルから前記第２のコイルへ給電を行うことを特徴とする給電システム。  【選択図】図１
2009095072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電装置と受電装置とが給電を行う給電システムであって、
前記給電装置には第１のコイルと第１の磁性体が設けられてあり、
前記受電装置には第２のコイルと第２の磁性体が設けられてあり、
前記第１のコイルと前記第１の磁性体は接続されており、
前記第２のコイルと前記第２の磁性体は接続されており、
前記第１のコイルと前記第２のコイルは前記第１の磁性体と前記第２の磁性体との引力によって所定の位置に誘導され、
前記第１のコイルから前記第２のコイルへ給電を行うことを特徴とする給電システム。
【請求項２】
前記第１のコイルに発生した誘導起電力を感知して、前記第１のコイルから前記第２のコイルに自動的に給電を開始する機能を備えたことを特徴とする請求項１に記載の給電システム。
【請求項３】
前記第１及び第２の磁性体が電磁石であり、極性をコード化して給電を制限できることを特徴とする請求項１乃至２に記載の給電システム。
【請求項４】
前記第１及び第２のコイルの位相または、前記第１及び第２の磁性体の位相をシフトさせた際に生じる動作により、前記第１及び第２のコイルの誘導された位置をさらに微調整可能にしたことを特徴とする請求項１乃至３に記載の給電システム。
【請求項５】
前記第２のコイルに給電が完了したことを前記第１のコイルで検知出来る機能を備え、自動的に給電を終了することを特徴とする請求項１乃至３に記載の給電システム。
【請求項６】
前記第１及び第２のコイルの内少なくともどちらか一方が、前記第１及び第２の磁性体との引力によって前記所定の位置に誘導された後、固定装置によって前記所定の位置で固定されることを特徴とする請求項１乃至３に記載の給電システム。
【請求項７】
前記第１及び第２のコイルの内少なくともどちらか一方が、予め固定されていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の給電システム。
【請求項８】
前記第１及び第２のコイルの内少なくともどちらか一方が、液体に浸っていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の給電システム。
【請求項９】
前記給電装置及び受電装置の内少なくともどちらか一方に、磁気シールドを備えたことを特徴とする請求項１乃至３に記載の給電システム。
【請求項１０】
前記給電装置及び受電装置の内少なくともどちらか一方に、通信機能を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の給電システム。
【請求項１１】
前記給電装置及び受電装置の内少なくともどちらか一方の内部に、利用者に給電が完了したことを知らせるアラーム機能を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の給電システム。
【請求項１２】
請求項１乃至３のいずれかに記載の給電システムを備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項１３】
互いに接続された受電用コイルと受電用磁性体が設けられた受電装置に給電を行い、
互いに接続された給電用コイルと給電用磁性体が設けられた給電装置であって、
前記給電用磁性体と前記受電用磁性体との引力によって前記給電用コイルは所定の位置に誘導された後、
前記給電用コイルから前記受電用コイルに給電を行うことを特徴とする給電装置。
【請求項１４】
前記給電用コイルに発生した誘導起電力を感知して、前記給電用コイルから前記受電用コイルに自動的に給電を開始する機能を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の給電装置。
【請求項１５】
前記給電用磁性体及び前記受電用磁性体が電磁石であり、極性をコード化して給電を制限できることを特徴とする請求項１３乃至１４のいずれかに記載の給電装置。
【請求項１６】
請求項１３乃至１５のいずれかに記載の給電装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項１７】
互いに接続された給電用コイルと給電用磁性体が設けられた給電装置から給電が行われ、
互いに接続された受電用コイルと受電用磁性体が設けられた受電装置であって、
前記受電用磁性体と前記給電用磁性体との引力によって前記受電用コイルは所定の位置に誘導された後、
前記受電用コイルは前記給電用コイルから給電が行われることを特徴とする受電装置。
【請求項１８】
前記受電用コイルが、前記給電用コイルに発生した誘導起電力を起点に前記給電用コイルから自動的に給電を開始される機能を備えたことを特徴とする請求項１７に記載の受電装置。
【請求項１９】
前記受電用磁性体及び前記受電用磁性体が電磁石であり、極性をコード化して給電を制限できることを特徴とする請求項１７乃至１８のいずれかに記載の受電装置。
【請求項２０】
請求項１７乃至１９のいずれかに記載の受電装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器に給電を行う給電システムで、特に非接触で高効率な給電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器に給電を行う給電システムは、有線で給電を行うのではなくて無線で給電を行う、例えばプレートの上に置くだけで給電を行うような、非接触給電システムが提案されている。
【０００３】
非接触で給電を行う際には、何らかの形で給電用コイルと受電用コイルとを給電が行われる位置まで接近させるための位置合せを行うことが必要になってくる。
【０００４】
従来の非接触給電システムでは、電子機器に立体的に嵌合部を設けて給電を行う給電システム（特許文献１）や、多数のコイルに通信手段を設けて受電用のコイルを特定して給電を行う給電システム（特許文献２）がある。
【特許文献１】特開平８−１９１８５号公報
【特許文献２】特開平２００６−８１２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の非接触の給電システムには以下の課題があった。
第１の課題は、電子機器を嵌合部に嵌め込んで給電を行うには専用の給電システムが必要になり、他の電子機器にはその給電システムが使用できないことである。これは、給電システムに自動的な位置合せ機能がない為、嵌合部から少しでもずれると給電されないという問題点である。
【０００６】
第２の課題は、多数のコイルを用いると給電効率が低下することと、費用が余計に掛かることである。これは、個々のコイルが互いに干渉し合い給電効率が低下し、コイルの数だけ費用が掛かってしまうという問題点である。
【０００７】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、利用者が方向や位置を気にせずに電子機器を給電装置の適当な場所に置くだけで、自動的に給電用コイルと受電用コイルの位置合わせを行い、形状や種類の異なる受電装置にも非接触で高効率な給電を行う給電システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の給電システムは、給電装置と受電装置とが接触して給電を行う給電システムであって、前記給電装置には第１のコイルと第１の磁性体が設けられてあり、前記受電装置には第２のコイルと第２の磁性体が設けられてあり、前記第１のコイルと前記第１の磁性体は接続されており、前記第２のコイルと前記第２の磁性体は接続されており、前記第１のコイルと前記第２のコイルは前記第１の磁性体と前記第２の磁性体との引力によって所定の位置に誘導され、前記第１のコイルから前記第２のコイルへ給電を行うことを特徴とする給電システムを提供する。
【０００９】
また、給電用コイルと給電用磁性体が設けられた給電装置であって、前記給電用コイルと前記給電用磁性体は接続されており、前記給電用磁性体と受電装置に設けられた受電用磁性体との引力によって前記給電用コイルは所定の位置に誘導され、前記給電用コイルから前記受電装置に設けられた受電用コイルに給電を行うことを特徴とする給電装置を提供する。
【００１０】
また、受電用コイルと受電用磁性体が設けられた受電装置であって、前記受電用コイルと前記受電用磁性体は接続されており、前記受電用磁性体と給電装置に設けられた給電用磁性体との引力によって前記受電用コイルは所定の位置に誘導され、前記受電用コイルから前記給電装置に設けられた給電用コイルに給電を行うことを特徴とする受電装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の給電システムによれば、給電装置内部の給電コイルと受電装置内部の受電コイルの両方あるいはどちらか一方が自由に移動可能であり、また、給電コイルと受電コイルは周りに配置された磁性体の互いの引力によって給電効率が最適な同心円状の位置に誘導されるため、利用者が方向や位置を気にしないで電子機器を給電装置上の適当な場所に置くだけで、形状や種類の異なる受電装置にも非接触で高効率な給電を行う給電システムを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、次の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。但し、図面は、もっぱら解説のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。
【実施例１】
【００１３】
図１は給電システムの基本構成の断面図である。給電装置１１には給電用コイル１２・給電用磁性体１３・給電用電源線部１４・電源部１５・電源供給制御部１６・コンバータ１７・給電用流体部３２を備えており、受電装置１８には受電用コイル１９・受電用磁性体２０・受電用電源線部２１を備えている。
【００１４】
給電用磁性体１３は給電用コイル１２の周りに接着しており、受電用磁性体２０は受電用コイル１９の周りに接着している。給電用電源線部１４と受電用電源線部２１は、ある程度伸縮自在なワイヤーで出来ていてそれぞれのコイルと繋がっている。給電コイル１２及び給電用磁性体１３及び給電用電源線部１４は給電用流体部３２の内部を移動可能である。受電用コイル１９及び受電用磁性体２０は受電装置１８の面に固定されている。電源供給制御部１６で給電を制御し、コンバータ１７で整流する。給電用コイル１２と受電用コイル１９の大きさ及び、給電用磁性体１３と受電用磁性体２０のサイズは異なっていても良いが、共に同じサイズの方が望ましい。
【００１５】
以下に、給電システムの給電開始時のシーケンスを示す。
ＳＴＥＰ１−１：給電装置１１と受電装置１８を接触させる。
ＳＴＥＰ１−２：給電用磁性体１３と受電用磁性体２０との引力により、給電用磁性体１３は接着されている給電用コイル１２と供に、受電用磁性体２０に引き寄せられ、給電用コイル１２と受電用コイル１９とが誘導される給電効率が最適な同心円状の位置にセットされる。
ＳＴＥＰ１−３：給電用コイル１２から受電用コイル１９に給電が開始される。
【００１６】
以下に、給電システムの給電終了時のシーケンスを示す。
ＳＴＥＰ２−１：給電装置１１もしくは受電装置１８を取り除くと給電が終了される。
【００１７】
図２はコイル位置合わせの斜視図（受電用コイル固定）で、図３はコイル位置合わせの平面図（受電用コイル固定）である。受電用コイル１９及び受電用磁性体２０は受電装置１８の面に固定されている為、受電用磁性体２０と給電用磁性体１３と引力により、給電用磁性体１３に接着された給電用コイル１２が受電用コイル１９に引き寄せられる。最終的に同心円状の位置にセットされ、この位置は給電効率が最適な位置になっている。
【実施例２】
【００１８】
図４は給電システムの応用構成の断面図である。給電装置１１には給電用コイル１２・給電用電磁石２２・給電用電源線部１４・電源部１５・電源供給制御部１６・コンバータ１７・給電用位相制御部２３・計測部２４・固定用棒２５・固定用バルーン３６・給電ランプ３１・給電用液体部３３を備えており、受電装置１８には受電用コイル１９・受電用電磁石２６・受電用電源線部２１・受電用位相制御部２７・磁気シールド板２８・電子機器部分２９・開始スイッチ３０・受電用液体部３４・二次電池３５を備えている。
【００１９】
給電用電磁石２２は給電用コイル１２の周りに接着しており、受電用電磁石２６は受電用コイル１９の周りに接着している。給電用電源線部１４と受電用電源線部２１は、ある程度伸縮自在なワイヤーで出来ていてそれぞれのコイルと繋がっている。給電コイル１２と給電用電磁石２２と給電用電源線部１４は給電用液体部３３の内部を移動可能であり、受電用コイル１９と受電用電磁石２６と受電用電源線部２１は受電用液体部３４の内部を移動可能である。給電用液体部３３及び受電用液体部３４の内部の液体は絶縁性の液体が望ましく、さらには比重が２以下の液体が望ましい。固定用棒２５と固定用バルーン３６は給電用コイル１２を所定の位置で固定するための装置である。また、電源供給制御部１６で給電を制御し、コンバータ１７で整流する。計測部２４では電圧電流値とインピーダンスを計測し、自動的に給電を開始し終了することができる。給電用位相制御部２３は給電用電磁石２２の位相を制御して極性をコード化し、受電用位相制御部２７は受電用電磁石２６の位相を制御して極性をコード化し、給電のライセンスの制限を行うことが可能である。磁気シールド板２８は、磁場が電子機器部分２９に影響を及ぼさないようにするために設置してある。また、開始スイッチ３０は給電を開始するためのスイッチである。給電用コイル１２と受電用コイル１９の大きさ及び、給電用電磁石２２と受電用電磁石２６のサイズは異なっていても良いが、共に同じサイズの方が望ましい。
【００２０】
以下に、給電システムの給電開始時のシーケンスを示す。
ＳＴＥＰ３−１：予備動作として、受電装置１８に付属している開始スイッチ３０をONにすると、二次電池３５に残っている微量の電気が受電用コイル１９及び受電用電磁石２６に給電される。
ＳＴＥＰ３−２：給電装置１１と受電装置１８を接触させる。
ＳＴＥＰ３−３：受電用コイル１９から給電用コイル１２への誘導起電力を計測部２４で検知し、検知したことをトリガーとして給電装置１１側で給電用電磁石２２に自動的に給電する。
ＳＴＥＰ３−４：双方の給電用電磁石２２及び受電用電磁石２６に通電されたことで引力が発生し、給電用電磁石２２に接着された給電用コイル１２と受電用電磁石２６に接着された受電用コイル１９が互いに引き寄せられ、給電効率が最適な同心円状の位置にセットされる。固定用棒２５及び固定用バルーン３６により、給電用コイル１２が下・左・右と固定される。
ＳＴＥＰ３−５：上記ＳＴＥＰ３−４の位置からさらに位置合わせの微調整を可能にするため、給電用コイル１２に微弱電流を給電しインピーダンスを計測し、給電用電磁石２２と受電用電磁石２６の通電及び、給電用コイル１２と受電用コイル１９の通電のON／OFFを繰り返すことで位相のシフトの際に生じるステッピング動作を利用して自動で位置調整を行う。
ＳＴＥＰ３−６：計測部２４で給電用コイル１２及び受電用コイル１９の両端のインピーダンスを計測し、予め設定しておいた閾値を超えた場合は位置合わせの微調整の設定完了となり、超えない場合は超えるまで上記ＳＴＥＰ３−５を繰り返し行う。
ＳＴＥＰ３−７：上記ＳＴＥＰ３−６で閾値が超えたところで、給電用コイル１２と受電用コイル１９は給電効率が最適な位置にセットされる。
ＳＴＥＰ３−８：給電用の大電流を給電用コイル１２から受電用コイル１９に給電する。この際、給電中の合図として給電ランプ３１を点灯させる。
【００２１】
以下に、給電システムの給電終了時のシーケンスを示す。
ＳＴＥＰ４−１：計測部２４で給電電圧の変化を検知し、変化量が少なくなり絶対値が閾値を越えた時に満給電を検知する。
ＳＴＥＰ４−２：上記ＳＴＥＰ４−１の時に生じたリレー動作で開始スイッチ３０を切断すると、給電用コイル１２から見たインピーダンスがL（インダクタンス）だけになり、インピーダンスの変化が生じるので給電完了が給電用コイル１２からでもわかる。
ＳＴＥＰ４−３：上記ＳＴＥＰ４−２のインピーダンスの変化において受電用電磁石２６への給電を自動的に停止する。
ＳＴＥＰ４−４：給電装置１１から見たインピーダンスが変化したことを検出して開始スイッチ３０をオフにして給電を自動的に停止する。
ＳＴＥＰ４−５：双方の給電用電磁石２２及び受電用電磁石２６の通電が無くなったことで、給電用コイル１２はリリースされる。この際、給電完了の合図として給電ランプ３１を消灯させる。
ＳＴＥＰ４−６：給電装置１１もしくは受電装置１８を取り除く。
【００２２】
図５は磁性体のコード化の様子を示す図である。
以下に、上記ＳＴＥＰ３−４において行われる、コード認証のシーケンスを示す。
ＳＴＥＰ５−１：給電用電磁石２２はオール「Ｎ極」、受電用電磁石２６はオール「Ｓ極」にして位置合せが行われる。
ＳＴＥＰ５−２：給電用電磁石２２及び受電用電磁石２６に対して、固有の認証コード「０」に対応して「Ｎ」、「１」に対応して「Ｓ」の極性となるように電流を与える。
ＳＴＥＰ５−３：固定用棒２５及び固定用バルーン３６の固定を外すことで、認証コードが合わない場合は給電コイル１２が重力により下に落ちるため受電コイル１９と離れて給電が行われない。認証コードが合っている場合は、位置合せがセットされたままなので給電が行われる。
ＳＴＥＰ５−４：ただし、多少の極性の違いでは給電用電磁石２２と受電用電磁石２６が引き合ったままの場合が生じるが、この２つの電磁石の極性の位相を徐々に同方向にゆっくりと回すとある箇所で電磁力が弱くなり、給電コイル１２と受電コイル１９を給電できる位置に固定するほどの引力はなくなり、給電コイル１２が重力により下に落ちるため受電コイル１９と離れて給電が行われない。
ＳＴＥＰ５−５：電磁石の極性コードを付与することによって、その機器の受電装置のコードと給電装置のコードが合致した際にのみ給電が可能なシステムを構築することも可能である。また、認証を行う手段として通信により認証コードを照合してもよい。
【００２３】
図６はコイル位置合せの斜視図であり、図７はコイル位置合せの平面図である。給電用電磁石２２と受電用電磁石２６との引力により、給電用電磁石２２に接着された給電用コイル１２と受電用電磁石２６に接着された受電用コイル１９は互いに引き寄せられる。最終的に同心円状の位置にセットされ、この位置は給電効率が最適な位置になっている。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】給電システムの基本構成の断面図
【図２】コイル位置合わせの斜視図（受電用コイル固定）
【図３】コイル位置合わせの平面図（受電用コイル固定）
【図４】給電システムの応用構成の断面図
【図５】磁性体のコード化の様子を示す図
【図６】コイル位置合わせの斜視図
【図７】コイル位置合わせの平面図
【符号の説明】
【００２５】
１１：給電装置
１２：給電用コイル
１３：給電用磁性体
１４：給電用電源線部
１５：電源部
１６：電源供給制御部
１７：コンバータ
１８：受電装置
１９：受電用コイル
２０：受電用磁性体
２１：受電用電源線部
２２：給電用電磁石
２３：給電用位相制御部
２４：計測部
２５：固定用棒
２６：受電用電磁石
２７：受電用位相制御部
２８：磁気シールド板
２９：電子機器部分
３０：開始スイッチ
３１：給電ランプ
３２：給電用流体部
３３：給電用液体部
３４：受電用液体部
３５：二次電池
３６：固定用バルーン
【図１】
2009095072.tif 000003
【図２】
2009095072.tif 000004
【図３】
2009095072.tif 000005
【図４】
2009095072.tif 000006
【図５】
2009095072.tif 000007
【図６】
2009095072.tif 000008
【図７】
2009095072.tif 000009