非接觸式電力傳輸裝置的製作方法

2023-05-30 13:07:16 2

本發明涉及一種從送電裝置以非接觸方式向受電裝置傳輸電力的非接觸式電力傳輸裝置。

背景技術：

近年來，以非接觸方式傳輸電力的非接觸式電力傳輸裝置得到廣泛應用。非接觸式電力傳輸裝置由輸送電力的送電裝置和接受所輸送的電力的受電裝置構成，利用電磁感應或磁共振等電磁耦合，以非接觸方式從送電裝置向受電裝置傳輸電力。受電裝置包括驅動自身機器的驅動電路和裝載於受電裝置的二次電池的充電電路等負載部。

現有技術中公開了一種非接觸式電力傳輸裝置，其利用送電裝置和受電裝置的電磁耦合，從送電裝置向受電裝置傳輸電力。作為受電裝置的可攜式終端從作為送電裝置的充電器以非接觸式接受電力，對設在可攜式終端內部的二次電池進行充電。

並且，通過利用充電器與裝載在充電器上的可攜式終端之間的電磁耦合進行的通信，進行裝載在充電器上的可攜式終端是否為本來應該被裝載的正確的設備的認證，當判斷為該認證成立時，視為恰當的送電對象，開始連續的通常的送電。

作為用於進行認證的通信手段，利用了負載調製。可攜式終端具有負載調製部，當從可攜式終端向充電器發送數據時，根據所發送的數據，負載調製部改變其負載(內部的電阻值)，從而改變充電器內的初級線圈的感應電壓。

充電器內的接收部為了對負載調製後的來自可攜式終端的數據信號進行解調，對初級線圈的感應電壓的振幅進行峰值保持處理，同時，通過比較峰值電壓和閾值(電壓值)，判斷來自可攜式終端的數據是邏輯「0」還是邏輯「1」。

將可攜式終端緊貼在充電臺上進行供電時，很多情況採用電磁感應方式。在電磁感應方式中，在傳輸電力時多為使用100kHz左右的頻率。如果使用100kHz左右的頻率，則可以採用現有技術公開的作為解調手段觀察初級線圈的感應電壓的振幅變化的方法。

技術實現要素：

發明要解決的技術問題

在電磁感應方式中，如果送電裝置和受電裝置分開數cm左右，則電力傳輸效率急劇下降。相對於此，在利用磁共振方式的非接觸式電力傳輸裝置中，送電裝置和受電裝置即使分開數cm左右，也能夠維持較高的電力傳輸效率。在利用磁共振方式的非接觸式電力傳輸裝置中，為了傳輸電力，很多情況下使用數MHz、例如6.78MHz或13.56MHz的頻率。如果頻率特別高(數MHz以上)，則難以以簡單的構成檢測送電線圈的感應電壓，根據現有技術公開的技術難以進行解調，存在無法進行認證的問題。發明要解決的問題是即使在數MHz左右的高電力傳輸頻率中，也可以以簡單的電路構成容易地實現送電裝置與受電裝置之間的認證。

解決技術問題的手段

根據實施方式的非接觸式電力傳輸裝置，包括：受電裝置，其包括整流電路、電壓轉換電路以及用於連接或斷開所述電壓轉換電路和負載部的切換電路；以及送電裝置，以非接觸式向所述受電裝置傳輸電力，其包括送電電路、檢測向所述送電電路供給的電流的檢測部以及比較所檢測到的電流值與預設的電流閾值從而判斷所述受電裝置的負載部是否連接的判斷電路。

根據實施方式的非接觸式電力傳輸裝置，包括：受電裝置，包括整流電路、電壓轉換電路、用於連接或斷開所述電壓轉換電路和負載部的切換電路、以及存儲所述連接或斷開的模式的存儲部；以及送電裝置，以非接觸方式向所述受電裝置傳輸電力，包括送電電路、檢測向所述送電電路供給的電流的檢測部、以及比較所檢測到的電流值與預設的電流閾值，並且對比較結果與所述模式進行比較，從而判斷所述受電裝置的負載部是否連接的判斷電路。

根據實施方式的非接觸式電力傳輸裝置，包括：受電裝置，包括整流電路、根據使能信號與負載部連接或者斷開的電壓轉換電路、以及生成所述使能信號的控制電路；以及送電裝置，以非接觸方式向所述受電裝置傳輸電力，包括送電電路、檢測向所述送電電路供給的電流的檢測部、以及比較所檢測到的電流值與預設的電流閾值從而判斷所述受電裝置的負載部是否連接的判斷電路。

根據實施方式的非接觸式電力傳輸裝置，包括：受電裝置，包括整流電路、根據使能信號與負載部連接或斷開的電壓轉換電路、存儲有所述連接或斷開的模式的存儲部、以及根據所述模式生成所述使能信號的控制電路；以及送電裝置，以非接觸方式向所述受電裝置傳輸電力，包括送電電路、檢測向所述送電電路供給的電流的檢測部、以及比較所檢測到的電流值和預設的電流閾值，並且將比較結果與所述模式進行比較，從而判斷所述受電裝置的負載部是否連接的判斷電路。

附圖說明

圖1是示出了根據第一實施方式的非接觸式電力傳輸裝置的構成的框圖。

圖2是示出了根據第一實施方式的電力傳輸裝置的構成的立體圖。

圖3是示出了根據第一實施方式的非接觸式電力傳輸裝置的動作的流程圖。

圖4是示出了根據第一實施方式的非接觸式電力傳輸裝置的動作的時序圖。

圖5是示出了根據第二實施方式的非接觸式電力傳輸裝置的構成的框圖。

具體實施方式

下面，參照附圖對實施本發明的實施方式進行說明。另外，在每個圖中，對於相同的位置標註相同的符號。

(第一實施方式)

圖1是示出了根據第一實施方式的非接觸式電力傳輸裝置的整體構成的框圖。圖2是概略示出構成非接觸式電力傳輸裝置的送電裝置和受電 裝置的立體圖。如圖1所示，非接觸式電力傳輸裝置包括輸送電力的送電裝置10以及接受所輸送的電力的受電裝置20，從送電電路11輸出的電力利用送電線圈13與受電線圈21之間的電磁感應方式或者磁共振方式等電磁耦合，傳輸到受電裝置20。

從外部通過AC適配器17向送電裝置10供給直流電力。送電裝置10包括產生交流電力的送電電路11、由電容器12和送電線圈13構成的諧振電路、檢測從AC適配器17輸入送電電路11的直流電流的電流傳感器14、對電流傳感器14檢測的微小信號進行放大的電流檢測電路15以及控制電路16。電流傳感器14和電流檢測電路15成為電流檢測部。電流傳感器14例如是微小電阻等。控制電路16由設置檢測部33、認證判斷電路18、振蕩電路19等構成。

送電電路11產生與由電容器12和送電線圈13構成的諧振電路的自諧振頻率相同或者大致相同的頻率的交流電力。送電電路11具有作為開關元件的FET，藉助於控制電路16內的振蕩電路19的輸出，FET被ON/OFF。即、送電電路11變成了E級放大器等開關式放大器30。另外，振蕩電路19的振蕩頻率為與由電容器12和送電線圈13構成的諧振電路的自諧振頻率相同或者大致相同的值。在本實施方式中，利用了6.78MHz的磁共振的電力傳輸裝置。

為了傳輸電力，由送電電路11產生的交流電力的頻率在利用電磁感應方式時為100kHz左右，在利用磁共振方式時為數MHz～十幾MHz。在磁共振方式中多數情況下使用6.78MHz或13.56MHz，但是，並不限定電力傳輸的頻率。

電壓轉換電路31是將AC適配器17的輸出電壓轉換為適合控制電路16內的各電路動作的電壓的電路。在轉換電壓之後，供給至送電裝置10內的控制電路16。

受電裝置20具有由受電線圈21和電容器22構成的諧振元件、將對諧振元件產生的交流電流轉換為直流的整流電路23以及將從整流電路23輸出的直流電壓轉換為期望的直流電壓的電壓轉換電路24。受電裝置20還具有負載部25，通過由電壓轉換電路24進行轉換的直流電壓驅動負載 部25。受電裝置20還具有連接/斷開電壓轉換電路24和負載部25的切換電路26。連接/斷開的控制由微型計算機等控制電路27進行。控制電路27還包括存儲有切換電路26的連接/斷開模式的存儲部32。電壓轉換電路28將整流電路23的輸出轉換為控制電路27所需要的直流電壓。

受電裝置20的由受電線圈21和電容器22構成的諧振電路的自諧振頻率與送電裝置10的由電容器12和送電線圈13構成的諧振電路的自諧振頻率相同或者大致相同。送電線圈13和受電線圈21彼此電磁耦合，從而高效率地從送電側向受電側傳輸電力。以與送電裝置10的頻率相同地，6.78MHz進行諧振。

負載部25是可攜式終端或平板式終端等電子設備的電路。受電裝置20所接受的電力利用於電子設備的動作或設在電子設備內部的電池的充電等。根據設備的構成，負載部25有時一體設在受電裝置20的內部(圖2)，有時與受電裝置20分開設置。

另外，電容器12、22並不一定要以電子部件構成。根據送電線圈13和受電線圈21的形狀，能夠以各線圈的線間電容等代替。並且，在圖1中，構成了電容器12與送電線圈13串聯連接，電容器22與受電線圈21串聯連接的串聯諧振電路。還可以以電容器與線圈並聯連接的並聯諧振電路來代替串聯諧振電路。

如圖2所示，在送電裝置10上沿箭頭方向放置受電裝置20，從而利用圖1所示的非接觸式電力傳輸裝置。在送電裝置10的送電線圈13上重疊受電線圈21從而向受電裝置20傳輸電力。即、在送電線圈13中通過交流電流，從而送電線圈13中產生磁場。另一方面，在受電線圈21中，由於電磁耦合作用，交流電流流過受電線圈21，通過對該電流進行整流，從而能夠獲得電力。將所獲得的電力供給負載部25。送電裝置10上裝載有用於顯示送電狀態的液晶面板35以及作為報警燈的LED36。

在圖2中，送電裝置10由用於放置受電裝置20的平板狀的殼體構成，在殼體內部的上方(接近受電裝置20的一側)具有送電線圈13。受電裝置20具有平板狀的殼體，從而能夠放在送電裝置10上。在受電裝置20的內部，受電線圈21配置在殼體內部的下方(接近送電裝置10的一側)， 與送電線圈13相對。優選地，送電線圈13和受電線圈21貼近，但是，由於存在送電裝置10和受電裝置20的殼體以及保護裝置10、20的蓋子，因此，有時送電線圈13和受電線圈21分開數cm左右。

參照圖3的流程圖和圖4的時序圖說明非接觸式電力傳輸裝置的認證動作。

在接入電源後，送電裝置10開始間歇性地輸送電力。為了檢測受電裝置20是否放在送電裝置10上，送電裝置10間歇性地輸送電力，在判斷出受電裝置20放在其上之前重複間歇性供電(ACT101)。

由控制電路16內的設置檢測部33進行受電裝置20是否放在送電裝置10上的判斷。通過電流傳感器14將由送電電路11供給的送電電流轉換為電壓，並且，由電流檢測電路15對電流傳感器14的感應電壓進行放大。作為電流傳感器14，採用電阻值非常小的分路(shunt)電阻器。在控制電路16內的設置檢測部33將所檢測到的電壓值轉換為流過電流傳感器14的電流值，並與事先設定的電流閾值進行比較。如果所檢測到的電流值超過所述電流閾值，則判斷受電裝置20放在送電裝置10上。如果所檢測到的電流值不超過電流閾值時，判斷受電裝置20未放在送電裝置10上。

送電裝置10內的送電電路11使用E級放大器等開關式放大器。以與由電容器12和送電線圈13構成的諧振電路的自諧振頻率相同或者大致相同的頻率對送電電路11內的FET進行開關，從而，根據供給受電裝置20的電力的大小，從AC適配器17供給送電電路11的電流的大小發生變化。

因此，當受電裝置20未放在送電裝置11上時，送電裝置10供給的電力較小，由此，送電電流變小。當受電裝置20被放在送電裝置10上時，送電裝置10供給的電力變大，同時，供電電流也變大。因此，事先設定供電電流的閾值，通過檢測供電電流是否比閾值大，從而能夠檢測是否放置了受電裝置20。

如果送電電路11使用了固定輸出的放大器，則供給送電電路11的電流值大致固定，所以無法利用供給送電電路11的供電電流的變化來判斷 受電裝置20的設置。因此，雖然送電電路11使用的放大器沒有必要限定於E級放大器等開關式放大器，但是，需要使用供電電流根據負載的大小發生變化的放大器。

間歇性供電時的送電間隔為每10秒供電1次、0.1秒左右，由此確認是否放置了受電裝置20。當需要立刻檢測出是否放了受電裝置20時，縮短供電間隔即可。相反，當無需立刻檢測是否放置時，在允許的範圍內擴大供電間隔即可。如果擴大供電間隔，則具有能夠減少間歇性供電時的送電裝置10的電力消耗的優點。但是，直到被檢測到的時間變長，供電間隔和檢測時間是取捨關係。

如果檢測到受電裝置20被放在送電裝置10上，則進入認證動作102，如圖3所示。

送電裝置10首先開始用於認證的連續供電(ACT103)。用於認證的連續供電是與通常的連續供電相同的動作，但是，考慮到安全問題，設定為如果在一定時間內沒有完成認證，則停止供電。本實施方式的構成具有如果在一定時間內沒有完成認證時停止供電的所謂暫停功能，但是還可以不設置暫停功能。

受電裝置20接受來自送電裝置10的用於認證的連續供電(ACT103)開始接受供電(ACT104)。一旦開始接受供電，則首先，開始用於認證的負載的連接/斷開動作(ACT105)。其中，按照事先設定的模式進行連接/斷開動作。該模式存儲在控制電路27內的存儲部32中，控制切換電路26來進行負載部25的連接或斷開。這裡的模式是指送電裝置10對受電裝置20進行認證時需要的事先規定的通信規則等。在本實施方式中，表示從圖4所示的開始接受供電起到連接負載部為止的時間(等待時間T0)、從連接負載起到斷開負載為止的時間(T1)、從連接負載起到斷開負載的重複次數等。

當切換電路26將負載部25連接於電壓轉換電路24時，從送電裝置10傳輸至受電裝置20的電力增加，同時，供給送電電路11的送電電流也增加。由電流傳感器14和電流檢測電路15檢測供給送電電路11的電流的增減。相反，一旦斷開負載部25，則在受電裝置20中消耗掉的電力非 常少，因此，從送電裝置10傳輸至受電裝置20的電力下降，同時，供給送電電路11的送電電流也下降。

在送電裝置10中事先設有送電電流的閾值40。檢測送電電流是否超過所設定的閾值，並按照事先設定的模式判斷送電電流是否發生變化(ACT106)。如果送電電流的變化符合模式，則判斷為進行了認證。即、判斷放在送電裝置10上的受電裝置20是原本應該放置的正確的設備，開始通常的供電(ACT107)。

當送電電流的變化不符合模式時，判斷認證不通過。即、判斷放在送電裝置10上的設備並不是原本應該放置的正確的設備。當不是正確的設備時，再次進入檢測設定(ACT101)，或者，停止供電，通過消息提示使用者不是正確的設備。作為消息，可採用閃爍送電裝置10所具有的LED36，在顯示器35上顯示錯誤的方式。當正確地通過認證時，顯示正常充電。

一旦認證通過後進入通常供電，則在受電裝置20中，開始對設在受電裝置20內部的負載部25的二次電池進行充電(ACT108)。

參照圖4的時序圖說明認證動作102。這是示出了受電裝置20側的接受電力與時間的關係的時序圖和示出了流過供電裝置10側的電流傳感器14的送電電流與時間的關係的時序圖。

關於送電裝置10的送電電流，事先設有用於認證的閾值40。在圖3中，如果開始用於認證的連續供電(ACT103)，則如圖4所示，開始供電的同時開始接受供電。在開始供電的時刻，受電裝置20為斷開負載部(二次電池)25的狀態，因此，送電電流和接受電力均為較小值。在經過T0的等待時間後，在負載連接(1)的定時，受電裝置20通過控制電路27切換切換電路26，以便將負載部25連接於電壓轉換電路24。一旦負載部25被連接，則送電裝置10的送電電流和受電裝置20的接受電力同時增加。這時，送電電流超過閾值40。考慮到穩定性，T0的等待時間設為150ms。

送電裝置10在負載部25被連接後的一定時間T2之後，即在電流值檢測(1)的定時，比較送電電流值和閾值40。在電流值檢測(1)時送電電流大於閾值40，因此判斷為「1」。時間T2設為70ms。另外，如果連接 負載(1)之後立刻檢測送電電流值，則電流值有可能不夠穩定，因此，設定恰當的遲延時間T2。電流檢測值超過閾值40，因此，送電裝置10認定受電裝置20的負載部25已被連接。

受電裝置20在從負載連接(1)的定時起經過事先設定的T1時間後的負載斷開(2)的定時，控制切換電路26，分離負載部25。時間T1設為100ms。在負載斷開(2)時，負載部25被分離，則受電裝置20中消耗的電力非常小，因此，送電電流下降，同時，送電電力也下降。與負載連接(1)時相同地，送電裝置10在從斷開負載部25的負載斷開(2)的定時起經過了恰當的遲延時間T2的電流值檢測(2)的定時，比較送電電流值和閾值40。這時，送電電流小於閾值40，因此判斷為「0」。電流值檢測(1)與(2)的間隔設為大致與T1時間相等。電流檢測值低於閾值40，因此，送電裝置10認為受電裝置20的負載部25已被斷開。

其次，受電裝置20在從負載斷開(2)的定時起經過T1時間之後的負載連接(3)的定時，控制切換電路26，連接負載部25。與之前的動作相同地，送電裝置10在電流值檢測(3)的定時檢測電流值，由於在閾值40以上，因此判斷為「1」。

按照連接/斷開負載的模式進行上述動作，從而，送電裝置10能夠獲得送電電流的檢測模式。在圖4示出了例子中，獲得了「10101」的模式。將該模式與事先存儲在送電裝置10的認證判斷電路18中的模式進行比較，如果一致，則認證通過。

另外，送電裝置10中檢測電流值的(1)～(5)的定時以開始用於認證的連續供電(ACT103)為觸發點，事先規定定時。作為其他方法，還可以是根據受電裝置10中連接/斷開負載的間隔、即T1，以T1間隔檢測送電電流，並確認是否與事先存儲的模式(圖4的例子中為「10101」)一致。判斷電流值檢測的定時和模式是否一致的方法並不限定於上述的方法。例如，還可以採用以T1的1/2的定時或更短的間隔的定時連續地檢測電流值，從而獲得檢測模式的方法。

在上述的例子中，在受電裝置20中交替進行負載的連接和斷開，並且模式為5比特，但是，並不限定於此，可以適用事先設定的任意的連接 /斷開模式或比特長度。例如，為了避免認證錯誤，還可以採用10比特或其以上的長度的連接/斷開模式。

本申請的認證方式與電力傳輸中使用的頻率無關，例如，除了100kHz之外，在數MHz左右的高電力傳輸頻率中也能夠以簡單的電路構成，容易實現送電裝置和受電裝置之間的認證。尤其是，以載波頻率為數MHz、數GHz的高頻傳輸電力時，可通過簡單的構成實現送電裝置和受電裝置之間的認證，無需使用複雜的電路構成。

(第二實施方式)

參照圖5對第二實施方式進行說明。在第二實施方式中，受電裝置20的電壓轉換電路54具有使能功能。即、以電壓轉換電路54的使能功能代替了圖1所示的切換電路26。未使用切換電路26，電壓轉換電路54接收使能信號55，進行負載部25的連接/斷開，除此之外的部分與實施方式1相同。

將從受電裝置20的整流電路23輸入的直流電壓轉換為期望的直流電壓的電壓轉換電路54被IC化。該IC具有使電壓轉換的功能使能或者禁止的功能。通過對構成電壓轉換電路54的IC的使能端子進行控制，能夠使電壓轉換電路54的動作ON或OFF。

在本實施方式中，控制電路27根據認證的模式生成用於控制電壓轉換電路54的使能信號55，控制電壓轉換電路54的使能/禁止。受電裝置20的認證的控制及定時與第一實施方式相同。

通過具有第2實施方式的構成，無需設置圖1所示的切換電路26，能夠以更加簡單的構成實現送電裝置與受電裝置之間的認證。

本申請的認證方式並不限定於通過電磁耦合進行的非接觸電力傳輸中使用的頻率，能夠以簡單的電路構成，容易實現送電裝置與受電裝置之間的認證。

本申請的認證方式可適用於具有充電式電池的手機、可攜式終端、可攜式印表機、不具有電源線而以非接觸式接受電力後進行動作的電子設備等通過認證ID指定的設備中。電子設備例如是個人計算機、現金出納機、及其配件(滑鼠、顯示裝置、鍵盤、讀卡機、觸摸式掃描儀等)等。非接 觸式電力傳輸裝置只是將受電裝置放在送電裝置上，就能夠非常簡單地向受電裝置傳輸電力。因此，無需進行用線纜連接等煩瑣的操作。相反，如果不進行指定設備的認證，有時不小心會給未指定的設備供給電力。利用本申請的認證方式，能夠防止不小心或者無用地供給電力。

另外，對本發明的幾個實施方式進行了說明，但是，這些實施方式只是一種例子，並不是用於限定發明的保護範圍。還可以以其他各種方式實施這些實施方式，在不脫離發明宗旨的範圍內，能夠進行各種省略、置換、變更。這些實施方式或其變形包括在本發明的範圍及宗旨，還包括在權利要求書中記載的發明及與其等同範圍內。

【附圖符號】

10 送電裝置

11 送電電路

12、22 電容器

13 送電線圈

14 電流傳感器

15 電流檢測電路

16、27 控制電路

17 AC適配器

20 受電裝置

21 受電線圈

23 整流電路

24、28、31 電壓轉換電路

25 負載電路

26 切換電路。