JP2010226929A - 電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な操作で、送電装置から受電装置への電力の伝送効率を確保する電力伝送装置を提供すること。
【解決手段】磁束Ｂ１を発生させる送電コイル２４を有する送電装置２０と、送電装置２０と別体とされ、磁束Ｂ１を受けて電気エネルギーに変換する受電コイル５４を有する受電装置５０と、受電装置５０に対する送電装置２０の位置決めのときに、送電コイル２４が発生させた磁束Ｂ１が受電コイル５４の内側を通って閉磁路Ｍ１を形成する位置へ送電装置２０を案内する案内手段とを、電力伝送装置１０が備えることで、簡単な操作で、送電装置２０から受電装置５０への電力の伝送効率を確保することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電力伝送装置に関する。

従来から送電側から受電側へ非接触で電力を伝送する電力伝送装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１では、平面渦巻き型の送電コイルを有する送電装置と平面渦巻き型の受電コイルを有する受電装置とを、それぞれ２つのコイルの平面が対向するように近づけて、送電コイルと受電コイルを電磁結合させて非接触で電力を伝送している。また、特許文献１では、２つのコイルの対向する面の反対側の面に磁性シートを、その面全体を覆うようにそれぞれ設けて、コイルからの不要輻射を抑制しつつ、電力伝送の効率化を図っている。

特開２００６−０４２５１９号公報

本発明は、簡単な操作で、送電装置から受電装置への電力の伝送効率を確保する電力伝送装置を提供することを課題とする。

本発明の請求項１に記載の電力伝送装置は、磁束を発生させる送電コイルを有する送電装置と、前記送電装置と別体とされ、前記送電コイルが発生させた磁束を受けて電気エネルギーに変換する受電コイルを有する受電装置と、前記受電装置に対する前記送電装置の位置決めのときに、前記送電コイルが発生させた磁束が前記受電コイルの内側を通って閉磁路を形成する位置へ前記送電装置を案内する案内手段と、を有する。

本発明の請求項２に記載の電力伝送装置は、前記案内手段は、前記送電装置及び前記受電装置の何れか一方に設けられた係合凸部と、前記送電装置及び前記受電装置の何れか他方に設けられ前記係合凸部と係合可能な係合凹部と、を有する。

本発明の請求項３に記載の電力伝送装置は、前記送電装置は、前記送電コイルが巻き付けられた磁性体である送電コアを有し、前記受電装置は、前記受電コイルが巻き付けられた磁性体である受電コアを有する。

本発明の請求項４に記載の電力伝送装置は、前記係合凸部の内部に前記送電コア及び前記受電コアの何れか一方が配置され、前記係合凹部の内部に前記送電コア及び前記受電コアの何れか他方が配置された。

本発明の請求項５に記載の電力伝送装置は、前記送電コイルが平面渦巻状とされ、前記受電コイルが前記送電コイルよりも一方向の長さが長い平面渦巻状とされた。

本発明の請求項６に記載の電力伝送装置は、前記送電装置は、送信する情報に応じた磁束を発生させる情報送信コイルを有し、前記受電装置は、前記情報送信コイルが発生させた磁束を受けて電気エネルギーに変換する情報受信コイルを有し、前記情報送信コイル及び前記情報受信コイルは、前記送電装置及び前記受電装置が前記案内手段によって案内されたときに、前記情報送信コイルが発生させた磁束が前記情報受信コイルの内側を通る閉磁路を形成するように配置される。

本発明の請求項７に記載の電力伝送装置は、前記送電装置は、電力を保持する電力保持部と、前記情報送信コイルで送信する画像情報が記憶された記憶部と、を有し、前記受電装置は、画像を表示する画像表示装置に設けられ、前記受電コイルで変換した電気エネルギーを前記画像表示装置へ伝送すると共に、前記情報受信コイルで変換した電気エネルギーを前記画像表示装置へ伝送する。

本発明の請求項８に記載の電力伝送装置は、電力を保持する電力保持部と、磁束を発生させる平面渦巻状の送電コイルと、を有する送電装置と、前記送電装置と別体とされ、画像を表示する画像表示装置に設けられ、前記送電コイルが発生させる磁束を受けて電気エネルギーに変換する平面渦巻状の受電コイルを有し、前記受電コイルで変換した電気エネルギーを前記画像表示装置に伝送する受電装置と、を備え、前記受電コイルは、前記送電コイルよりも一方向の長さが長い。

請求項１の発明は、送電コイルと受電コイルを電磁結合させる場合と比べて、簡単な操作で、送電装置から受電装置への電力の伝送効率を確保することができる。

請求項２の発明は、受電装置に対する送電装置の位置決めに係合凸部と係合凹部を用いない場合と比べて、受電装置に対する送電装置の位置決めが簡単にできる。

請求項３の発明は、送電コア及び受電コアを有さない場合と比べて、送電コイルが発生させる磁束を効率よく受電コイルの内側に誘導することができる。

請求項４の発明は、係合凸部及び係合凹部の内部に磁性体であるコアが配置されない場合と比べて、係合凸部と係合凹部とが係合したときの送電コアと受電コアの距離を近づけられる。

請求項５の発明は、送電コイル及び受電コイルが平面渦巻状でない場合と比べて、送電装置及び受電装置を小型化できる。

請求項６の発明は、送電装置からの情報を受信装置へ伝送することができる。

請求項７の発明は、送電装置から受電装置へ伝送した画像情報を画像表示装置で表示することができる。

請求項８の発明は、簡単な操作で、送電装置から受電装置への電力の伝送効率を確保することができる。

本発明の第１実施形態に係る電力伝送装置の概略構成を示す構成図である。 第１実施形態の閉磁路が形成される前の状態の電力伝送装置の概略構成を示す断面図である。 第１実施形態の閉磁路が形成された状態の電力伝送装置の概略構成を示す断面図である。 第１実施形態の電力伝送装置の概略構成を示すブロック図である。 第１実施形態の閉磁路が形成される前の状態の電力伝送装置の第１変形例の概略構成を示す断面図である。 第１実施形態の閉磁路が形成された状態の電力伝送装置の第１変形例の概略構成を示す断面図である。 第１実施形態の閉磁路が形成される前の状態の電力伝送装置の第２変形例の概略構成を示す断面図である。 第１実施形態の閉磁路が形成された状態の電力伝送装置の第２変形例の概略構成を示す断面図である。 第１実施形態の閉磁路が形成される前の状態の電力伝送装置の第３変形例の概略構成を示す断面図である。 第１実施形態の閉磁路が形成された状態の電力伝送装置の第３変形例の概略構成を示す断面図である。 第１実施形態の閉磁路が形成される前の状態の電力伝送装置の第４変形例の概略構成を示す断面図である。 第１実施形態の閉磁路が形成された状態の電力伝送装置の第４変形例の概略構成を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る電力伝送装置の概略構成を示す構成図である。 第２実施形態の閉磁路が形成された状態の電力伝送装置の概略構成を示す断面図である。

[第１実施形態]
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態を詳細に説明する。

図１には、第１実施形態に係る電力伝送装置１０を示している。図１に示すように、電力伝送装置１０は、送電装置２０と受電装置５０とで構成され、送電装置２０及び受電装置５０を近づけて送電装置２０から受電装置５０へと電力を伝送するものである。なお、本実施形態では、受電装置５０を画像情報に応じて画像を表示可能な画像表示装置８０に搭載している。

送電装置２０は、樹脂製の筐体２２と、筐体２２の内部に設けられ電気エネルギーを電磁誘導により磁束に変換して磁束Ｂ１（電力）を発生させる送電コイル２４と、この送電コイル２４が巻き付けられた送電コア２６と、電力を送電コイル２４に供給する電池２８と、を備えている。なお、電池２８は、一次電池、２次電池のどちらであってもよい。

送電コア２６は、磁性体、例えば、フェライトや珪素鋼板や方向性鋼板等の透磁率の高い磁性材料を長尺な板状に形成し幅方向（長手方向と直交する方向の意）の両端部２６Ａを同じ方向に略直角に折り曲げた形状をしている（所謂コの字形状）。また、図２に示すように、送電コイル２４は、両端部２６Ａに螺旋状に巻き付けられている。なお、本実施形態では、送電コイル２４として銅線を用いているが、導体であれば、銅線以外を用いてもよい。

また、筐体２２は、図２に示すように、送電コア２６と略同一形状とされており、送電コア２６の両端部２６Ａの間に形成される溝状の凹部部分に対応する部位が溝状に凹んでいる。なお、以下では、この筐体２２の溝状に凹んだ部分を、係合凹部３０と呼ぶ。この係合凹部３０には、後述する筐体５２の係合凸部６０が嵌合（係合）可能になっている。

受電装置５０は、樹脂製の筐体５２と、筐体５２の内部に設けられ送電コイル２４が発生させた磁束Ｂ１を受けて電磁誘導により当該磁束Ｂ１を電気エネルギー（電力）に変換する受電コイル５４と、この受電コイル５４が巻き付けられた受電コア５６と、を備えている。

受電コア５６は、磁性体、例えば、フェライトや珪素鋼板や方向性鋼板等の透磁率の高い磁性材料を長尺な板状に形成したものであり、図２に示すように、幅方向（長手方向と直交する方向の意）の中央部分に、長手方向に延びる突起５８が設けられている。この突起５８には、図２に示すように受電コイル５４が螺旋状に巻き付けられている。なお、本実施形態では、受電コイル５４として銅線を用いているが、導体であれば、銅線以外を用いてもよい。

また、筐体５２は、図２に示すように、受電コア５６と略同一形状とされており、受電コア５６の突起５８に対応する部分が突起している。この突起部分は、係合凹部３０に嵌合（係合）可能な大きさであり、以下では、この突起部分を係合凸部６０と呼ぶ。

ここで、図３を用いて、簡単に送電装置２０から受電装置５０への電力伝送について説明する。図３に示すように、受電装置５０に対する送電装置２０の位置決めのときに、送電装置２０の係合凹部３０に受電装置５０の係合凸部６０を嵌合させる。これにより、受電コア５６の突起５８の端部（頂部）が送電コア２６の中央部２６Ｂに対向し、送電コア２６の両端部２６Ａがそれぞれ受電コア５６の両端部５６Ｂに対向する。この状態で、送電コイル２４が磁束Ｂ１を発生させると、発生した磁束Ｂ１は、大気中よりも透磁率が高い磁性体中、つまり送電コア２６内を通って両端部２６Ａから放射され、受電コア５６の両端部２６Ａに伝送（入射）される。そして、伝送された磁束Ｂ１は、受電コア５６内を通って突起５８の端部から送電コア２６の中央部２６Ｂに放射（伝送）され、送電コア２６の送電コイル２４へと戻る。これにより、図３に示される閉磁路Ｍ１が形成される。このとき、磁束Ｂ１が受電コイル５４の内側を通るため、磁束Ｂ１が電磁誘導によって電気エネルギーに変換される。この変換された電気エネルギーは、後述する画像表示装置８０の電源回路９０へ送電されるようになっている。

また、図４に示すように、送電装置２０は、情報を記憶する記憶部３６（例えば、不揮発性のメモリなど）と、記憶部３６に記憶された情報を選択するための操作部３８及び画像表示部４０と、選択された情報を送信する送信部と、これらの作動を制御する制御部４４と、を備えている。

送信部は、選択された情報（電気信号）を電磁誘導で磁束に変換して磁束Ｂ２を発生させる情報送信コイル４６を備えている。なお、本実施形態では、情報送信コイル４６は、例えば銅線などの導体を平面渦巻状にしたものであり、その裏面側に板状の磁性体４８を配置して磁束の外部漏れを抑制している。しかし、本発明はこの構成に限定されず、フレキシブルプリント基板などの基板上に導体を平面渦巻状に形成してもよい。また、磁性体４８は、送電コア２６よりも低透磁率材料によって形成されている。これにより、クロストークが抑制される。

また、制御部４４は、電池２８から送電コイル２４、記憶部３６、操作部３８、画像表示部４０、情報送信コイル４６へのそれぞれの電力供給も制御している。

そして、図４に示すように、画像表示装置８０は、受電装置５０と、受電装置５０から送電される電源回路９０と、この電源回路９０からの電力で、画像を表示又は書き換え可能な表示部としてのシート状の基体８２と、基体８２の作動を制御する画像表示制御部（図示省略）と、を備えている。ここで、シート状の基体８２として、例えば、電子ペーパーや透明ＥＬシート等を用いてもよいが、本発明はこの構成に限定されない。なお、電子ペーパーとは、メモリー性を有する繰返し書き換えが可能な画像表示媒体であり、例えば、着色粒子を用いた画像表示媒体や電気泳動を用いたものがあるが、本発明はこの構成に限定されず、従来公知のものであれば何れのものを用いてもよい。

また、受電装置５０は、受電コア５６の隣に、送信部から送信された情報を受信する受信部を備えている。具体的には、受信部は、情報送信コイル４６が発生させた磁束Ｂ２を受けて電気エネルギーに変換する情報受信コイル６６を備えており、この情報受信コイル６６は、突起５８の延在方向と同じ方向に延びている。なお、本実施形態では、情報受信コイル６６は、例えば銅線などの導体を平面渦巻状にしたものであり、その裏面側に板状の磁性体６８を配置して磁束の外部漏れを抑制している。しかし、本発明はこの構成に限定されず、フレキシブルプリント基板などの基板上に導体を平面渦巻状に形成してもよい。なお、磁性体６８の材質は、受電コア５６よりも低透磁率材料により形成されている。これにより、クロストークが抑制される。また、画像表示制御部は、基体８２への電力供給も制御している。

ここで、図３を用いて、簡単に送電装置２０から受電装置５０への情報伝送について説明する。図３に示すように、受電装置５０に対する送電装置２０の位置決めのときに、送電装置２０の係合凹部３０に受電装置５０の係合凸部６０を嵌合させると、情報送信コイル４６と情報受信コイル６６とが互いに対向する。この嵌合状態においては、情報送信コイル４６が発する磁束Ｂ２が情報受信コイル６６の内側を通り抜けて磁性体６８に入射し、磁性体６８の両端部から放射されて磁性体４８の両端部から入射し情報送信コイル４６に戻る。このとき、磁束Ｂ２が情報受信コイル６６の内側を通るため、磁束Ｂ２が電磁誘導によって電気エネルギーに変換される。この電気エネルギーは、後述する画像表示装置８０の信号処理回路８６へ送信されるようになっている。そして、信号処理回路８６で処理した情報が画像情報の場合には、画像表示制御部が基体８２に画像を表示させる。

次に、画像表示装置８０へ電力を伝送すると共に、画像情報を送信（伝送）して画像表示装置８０に画像を表示させる手順について説明する。
先ず、ユーザは、送電装置２０の画像表示部４０を見ながら操作部３８を操作し、記憶部３６に記憶された画像情報の中から送信する画像情報を選択する。画像情報が選択されると制御部４４は、選択された画像情報に応じた磁束Ｂ２を情報送信コイル４６で発生させる。これと同時に、制御部４４は、送電コイル２４で磁束Ｂ１を発生させる。

次に、ユーザは、画像表示装置８０の係合凸部６０が送電装置２０の係合凹部３０に嵌合するように位置決めを行う。このとき、係合凸部６０が突起状とされ、係合凹部３０が溝状とされているため、係合凸部６０の延在方向に沿っていれば、自由な位置で係合凹部３０に係合凸部６０を嵌め合わせられる。係合凸部６０と係合凹部３０とが嵌合すると、上述したように、送電装置２０から受電装置５０へ電気エネルギーが伝送されると共に、選択した画像情報が伝送される。なお、係合凸部６０のどの位置で係合凹部３０を嵌め合わせたとしても、閉磁路Ｍ１が形成されるため、電気エネルギー（電力）の伝送効率が確保される。また、画像情報の送信においても、情報受信コイル６６の延在方向が突起５８の延在方向と同じ方向となっているため、係合凸部６０のどの位置で係合凹部３０を嵌め合わせたとしても、閉磁路Ｍ２が形成されるため、電気エネルギー（信号）の伝送効率が確保される。これにより、簡単な嵌め込み操作で、送電装置２０から受電装置５０へ電力及び信号が伝送され、且つ、一定水準の伝送効率が確保される。

画像表示装置８０は、受電装置５０からの電力を電源回路９０で受けて信号処理回路８６及び画像表示制御部が起動する。また、受電装置５０からの電気エネルギーを信号処理回路８６で画像処理信号（画像情報）へと変換する。そして画像表示制御部は、基体８２に画像を表示させる。

また、第１の実施形態では、送電コア２６の両端部２６Ａに送電コイル２４を巻き付け、受電コア５６の突起５８に受電コイル５４を巻き付ける構成としたが、本発明はこの構成に限定される必要はない。
例えば、図５及び図６に示す第１変形例のように、送電コア２６の中央部２６Ｂに送電コイル１１２を巻き付けた送電装置１１０と、係合凸部３４に対応した部分にのみ板状の受電コア１１４を配置しその受電コア１１４に受電コイル１１６を巻き付けた受電装置１１８とで閉磁路Ｍ１を形成してもよい。
また、図７及び図８に示す第２変形例のように、送電装置１１０と、板状の送電コア１２２を筐体１２４の下部にのみ配置した受電装置１２６とで閉磁路Ｍ１を形成してもよい。
さらに、図９及び図１０に示す第３変形例のように、送電装置１１０と、フレキシブル基板１３４に平面渦巻き状の導体１３２を形成した受電装置１３０とで閉磁路Ｍ１を形成してもよい。
以上の第１変形例〜第３変形例では、各受電装置の筐体を小型化可能なため、画像表示装置８０の薄型が図られる。

また、第１の実施形態では、受電装置５０に対して送電装置２０を上から下へと移動させて係合凹部３０に係合凸部６０を嵌合させる構成としたが、本発明はこの構成に限定される必要はなく、図１１及び図１２に示す第４変形例のように、送電装置１４０の形状を受電装置５０を横から挟み込める形状として、受電装置５０を挟み込んでもよい。また、受電装置５０の情報送信コイル４６及び磁性体４８の位置を受電装置５０の裏面側に設けて、この情報受信コイル６６及び磁性体６８と対向する送電装置１４０の位置に情報送信コイル４６及び磁性体４８を配置してもよい。

［第２の実施の形態］
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、送電装置２１０及び受電装置２２０に係合凸部や係合凹部が形成されない電力伝送装置２００について説明する。なお、本実施の形態は、第１実施形態と略同様の構成及び作用を有するので、同一部分には、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図１３及び図１４に示すように、送電装置２１０は、合成樹脂製の筐体２１２の内部に平面渦巻状の送電コイル２１４が設けられており、この送電コイル２１４の背面２１４Ａ（図では上面）には、磁性体２１６が配置されている。なお、送電コイル２１４は例えば銅線などの巻き線である。

また、受電装置２２０は、合成樹脂製の筐体の内部に平面渦巻状の受電コイル２２４が設けられており、この受電コイル２２４の背面２２４Ａ（図では下面）には、磁性体２２６が配置されている。なお、受電コイル２２４は例えば銅線などの巻き線である

なお、本実施形態では、送電コイル２１４の幅（幅方向の長さ）と受電コイル２２４の幅とが概ね同じとされており、送電コイル２１４の長さ（長手方向の長さ）よりも受電コイル２２４の長さが長くなっている。これにより、送電装置２１０を受電装置２２０の上に配置するのであれば、どの位置に配置しても一定水準の伝送効率が確保される。

また、上述の実施形態では、電力伝送装置１０を用いて一つの画像表示装置８０の画像表示を行ったが、複数の画像表示装置８０に対して同一の画像を表示させることも可能である。

以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施してもよい。また、本発明の権利範囲がこれらの実施形態に限定されないことは言うまでもない。

１０ 電力伝送装置
２０ 送電装置
２４ 送電コイル
２６ 送電コア
３０ 係合凹部
３４ 係合凸部
３６ 記憶部
４６ 情報送信コイル
５０ 受電装置
５４ 受電コイル
５６ 受電コア
６０ 係合凸部
６６ 情報受信コイル
８０ 画像表示装置
１１０ 送電装置
１１２ 送電コイル
１１４ 受電コア
１１６ 受電コイル
１１８ 受電装置
１２２ 送電コア
１２６ 受電装置
１３０ 受電装置
１４０ 送電装置
２００ 電力伝送装置
２１０ 送電装置
２１４ 送電コイル
２２０ 受電装置
２２４ 受電コイル
Ｂ１ 磁束
Ｂ２ 磁束
Ｍ１ 閉磁路
Ｍ２ 閉磁路

Claims (8)

1. 磁束を発生させる送電コイルを有する送電装置と、
   前記送電装置と別体とされ、前記送電コイルが発生させた磁束を受けて電気エネルギーに変換する受電コイルを有する受電装置と、
   前記受電装置に対する前記送電装置の位置決めのときに、前記送電コイルが発生させた磁束が前記受電コイルの内側を通って閉磁路を形成する位置へ前記送電装置を案内する案内手段と、
   を有する電力伝送装置。
2. 前記案内手段は、前記送電装置及び前記受電装置の何れか一方に設けられた係合凸部と、前記送電装置及び前記受電装置の何れか他方に設けられ前記係合凸部と係合可能な係合凹部と、を有する請求項１に記載の電力伝送装置。
3. 前記送電装置は、前記送電コイルが巻き付けられた磁性体である送電コアを有し、
   前記受電装置は、前記受電コイルが巻き付けられた磁性体である受電コアを有する請求項２に記載の電力伝送装置。
4. 前記係合凸部の内部に前記送電コア及び前記受電コアの何れか一方が配置され、
   前記係合凹部の内部に前記送電コア及び前記受電コアの何れか他方が配置された請求項３に記載の電力伝送装置。
5. 前記送電コイルが平面渦巻状とされ、
   前記受電コイルが前記送電コイルよりも一方向の長さが長い平面渦巻状とされた請求項２に記載の電力伝送装置。
6. 前記送電装置は、送信する情報に応じた磁束を発生させる情報送信コイルを有し、
   前記受電装置は、前記情報送信コイルが発生させた磁束を受けて電気エネルギーに変換する情報受信コイルを有し、
   前記情報送信コイル及び前記情報受信コイルは、前記送電装置及び前記受電装置が前記案内手段によって案内されたときに、前記情報送信コイルが発生させた磁束が前記情報受信コイルの内側を通る閉磁路を形成するように配置される請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の電力伝送装置。
7. 前記送電装置は、電力を保持する電力保持部と、前記情報送信コイルで送信する画像情報が記憶された記憶部と、を有し、
   前記受電装置は、画像を表示する画像表示装置に設けられ、前記受電コイルで変換した電気エネルギーを前記画像表示装置へ伝送すると共に、前記情報受信コイルで変換した電気エネルギーを前記画像表示装置へ伝送する請求項６に記載の電力伝送装置。
8. 電力を保持する電力保持部と、磁束を発生させる平面渦巻状の送電コイルと、を有する送電装置と、
   前記送電装置と別体とされ、画像を表示する画像表示装置に設けられ、前記送電コイルが発生させる磁束を受けて電気エネルギーに変換する平面渦巻状の受電コイルを有し、前記受電コイルで変換した電気エネルギーを前記画像表示装置に伝送する受電装置と、
   を備え、
   前記受電コイルは、前記送電コイルよりも一方向の長さが長い電力伝送装置。

Images