(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。なお、図面において、同一又は類似の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省く場合がある。
【0014】
実施形態における連成コイルは、複数の給電コイルと、給電回路に両端が接続される一の接続線と、を備え、前記接続線の両端間に前記複数の給電コイルがそれぞれ連成されている。この連成コイルは、例えば、システムキッチン等の什器に設けられた負荷に電力を供給する場合に用いられる。
【0015】
以下、実施形態の連成コイル、及びその連成コイルを備えたワイヤレス給電システムを、図面を用いて説明する。
図1は、本実施形態における連成コイル3を備えるワイヤレス給電システム1の概略構成の一例を示す図である。このワイヤレス給電システム1は、例えば、外力によって移動可能に構成された複数の可動部にそれぞれ設けられた負荷に対してワイヤレスで電力を給電する。本実施形態では、ワイヤレス給電システム1は、可動部である引出し5−1〜5−3の複数段の引出し5を備えたシステムキッチンに適用され、引出し5−1〜5−3のそれぞれに備えられた負荷7(7−1〜7−3)に、ワイヤレスで給電する。負荷7とは、例えば、引出し5の前面に設けられた表示部や操作部、引出し5内に設けられた灯体(例えば、LED(light emitting diode))を備えた灯体装置や紫外線装置等である。例えば、上記表示部は、引出し5の内部状況(例えば、温度や湿度)を表示する。例えば、上記操作部は、ユーザに操作されることで引出し5を自動開閉する。上記灯体は、ユーザに引出し5が開けられた場合に点灯し、その引出し5の内部を照らすものである。上記紫外線装置は、引出し5が閉状態である場合に、その引出し5の内部に紫外線を照射することで、その内部を殺菌するためのものである。
【0016】
図1に示すように、ワイヤレス給電システム1は、給電回路2、連成コイル3及び複数の受電コイル4を備える。この給電回路2と連成コイル3とは、受電コイル4に電力を給電する給電装置として構成される。
給電回路2は、連成コイル3に接続されている。給電回路2は、連成コイル3に電力を供給する。
【0017】
連成コイル3は、一の接続線31及び複数の給電コイル32(32−1〜32−3)を備える。一の接続線31の両端には、給電回路2が接続されている。
【0018】
複数の給電コイル32(32−1〜32−3)は、接続線31の両端間にそれぞれ連成されている。ここで、連成とは、接続線31に複数の給電コイル32が電気的に接続されることをいう。この複数の給電コイル32は、複数の受電コイル4(4−1〜4−3)と磁界共鳴できる位置に設けられている。本実施形態では、給電コイル32は引出し5の底面側に設けられている。例えば、給電コイル32−1は、受電コイル4−1と磁界共鳴できる位置に設けられ、接続線31を介して供給された電力をワイヤレスで受電コイル4−1に給電する。給電コイル32−2は、受電コイル4−2と磁界共鳴できる位置に設けられ、接続線31を介して供給された電力をワイヤレスで受電コイル4−2に給電する。給電コイル32−3は、受電コイル4−3と磁界共鳴できる位置に設けられ、接続線31を介して供給された電力をワイヤレスで受電コイル4−3に給電する。
【0019】
なお、各給電コイル32は、各引出し5の間に設けられた仕切り板6上に配置されてもよい。また、この仕切り板6及び各引出し25の底板、すなわち各給電コイル32の下側と各受電コイル4の上側とに、複数の引出し5間の磁束を遮蔽する磁気シールドを設けてもよい。これにより、引出し5内に収納されている、金属製品(例えば、鍋等)に対する磁束の影響を低減することができる。
【0020】
この複数の給電コイル32は、接続線31の両端間にそれぞれ直列に接続されることで連成されてもよいし、接続線31の両端間にそれぞれ並列に接続されることで連成されてもよい。
【0021】
図2は、本実施形態における複数の給電コイル32が接続線31の両端間にそれぞれ直列に接続されている連成コイル3の概略構成の一例を示す図である。
図2に示すように、給電コイル32が接続線31の両端間にそれぞれ直列に接続される場合には、共振コンデンサ40−1〜40−3が接続線31に直列に接続される。これにより、共振コンデンサ40−1と給電コイル32−1(以下、「第1の共振回路」という。)、共振コンデンサ40−2と給電コイル32−2(以下、「第2の共振回路」という。)、共振コンデンサ40−3と給電コイル32−3(以下、「第3の共振回路」という。)は、それぞれ共振回路として形成され、これらの共振回路の共振周波数は、共振周波数fで共振し、給電コイル32のそれぞれに電力をワイヤレスで給電する。
【0022】
以下に、給電コイル32が接続線31の両端間にそれぞれ直列に接続された場合における連成コイル3の共振について、説明する。
【0023】
例えば、共振コンデンサ40−1,40−2,40−3のそれぞれの容量値をC
1,C
2,C
3とし、給電コイル32−1,32−2,32−3のそれぞれのインダクタンスをL
1,L
2,L
3とする。この場合において、第1の共振回路、第2の共振回及び第3の共振回路はそれぞれ共振周波数fで共振するため、以下の式(1)の関係が成り立つ。
【0025】
式(1)により、式(2)を導出する。
【0027】
なお、式(2)に示すように、(1/(2πf))の二乗をPとする。
ここで、給電コイル32が接続線31の両端間にそれぞれ直列に接続されているため、各給電コイル32のインダクタンスは、式(3)の関係が成り立つ。また、各共振コンデンサは、式(4)の式が成り立つ。
【0030】
なお、C
2・C
3+C
1・C
3+C
1・C
2=Qとする。
ここで、式(3)及び式(4)より、以下の式(5)が導出される。
【0032】
そして、式(2)より、式(5)は、以下の式(6)となる。
【0034】
ここで、LxとCxとの共振周波数fxとすると、式(7)が導出される。
【0036】
したがって、式(7)及び式(8)より、fx=fとなり、給電コイル32が接続線31の両端間にそれぞれ直列に接続された場合における連成コイル3は、周波数fで共振することになる。なお、本実施形態では、給電コイル32が3つの場合について、説明したが、これに限定されず、直列に接続された給電コイルが2以上のn個の場合についても、同様に周波数fで共振することになる。
【0037】
図3は、本実施形態における複数の給電コイル32が接続線31の両端間にそれぞれ並列に接続されている連成コイル3の概略構成の一例を示す図である。
図3に示すように、給電コイル32が接続線31の両端間にそれぞれ並列に接続される場合には、共振コンデンサ40が各給電コイル32に接続される。これにより、第1の共振回路、第2の共振回及び第3の共振回路はそれぞれ共振周波数fで共振する。これにより、給電コイル32から受電コイル4に電力がワイヤレスで給電される。
【0038】
以下に、給電コイル32が接続線31の両端間にそれぞれ直列に接続された場合における連成コイル3の共振について、説明する。
図3に示す連成コイル3において、給電コイル32が接続線31の両端間にそれぞれ並列に接続されているため、各給電コイル32のインダクタンスは、式(8)の関係が成り立つ。また、各共振コンデンサは、式(9)の式が成り立つ。
【0041】
なお、L
2・L
3+L
1・L
3+L
1・L
2=Rとする。
ここで、式(8)及び式(9)より、以下の式(10)が導出される。
【0043】
そして、式(2)より、式(10)は、以下の式(11)となる。
【0045】
ここで、LxとCxとの共振周波数fxとすると、式(12)が導出される。
【0047】
したがって、式(11)及び式(12)より、fx=fとなり、給電コイル32が接続線31の両端間にそれぞれ並列に接続された場合における連成コイル3は、周波数fで共振することになる。なお、本実施形態では、給電コイル32が3つの場合について、説明したが、これに限定されず、並列に接続された給電コイルが2以上のn個の場合についても、同様に周波数fで共振することになる。
【0048】
受電コイル4は可動部である引出し5に設けられている。例えば、受電コイル4−1は、引出し5−1に設けられている。そして、受電コイル4−1は、引出し5−1に設けられている負荷7−1に接続され、給電コイル32−1から磁界共鳴によりワイヤレスで給電された電力を、負荷7−1に供給する。
例えば、受電コイル4−2は、引出し5−2に設けられている。そして、受電コイル4−2は、引出し5−2に設けられている負荷7−2に接続され、給電コイル32−2から磁界共鳴によりワイヤレスで給電された電力を、負荷7−2に供給する。
例えば、受電コイル4−3は、引出し5−3に設けられている。そして、受電コイル4−3は、引出し5−3に設けられている負荷7−3に接続され、給電コイル32−3から磁界共鳴によりワイヤレスで給電された電力を、負荷7−3に供給する。
【0049】
上述したように、本実施形態における連成コイル3を用いることで、一の給電回路2で各引出し5に設けられた受電コイル4に電力をワイヤレスで給電することができる。したがって、小型化且つ低コストでワイヤレス給電システム1を実現することができる。
【0050】
また、上述のワイヤレス給電システム1では、可動部に受電コイル4が設けられているため、例えば可動部が引出し5であった場合に、所定の引出し5を他の引出し5と入れ替えたとしても、連成コイル3の設置位置や配線を変更することなく、受電コイル4から負荷7に電力を供給することができる。
【0051】
以下に、本実施形態におけるワイヤレス給電システム1の第1の変形例について説明する。ワイヤレス給電システム1の第1の変形例の特徴は、連成コイル3における給電コイル32−1〜32−3の巻き数が負荷7の消費電力に応じて変更される点である。
図4は、第1の変形例における連成コイル3Aについて説明する図である。
【0052】
第1の変形例における連成コイル3Aは、受電コイル4−1〜4−3に接続された負荷7−1〜7−3の消費電力に応じて、給電コイル32−1〜32−3の巻き数を変更される。例えば、連成コイル3Aは、各引出し5内の負荷7に必要な出力電圧を得るために連成された給電コイル32−1〜32−3の巻き数を変更する。例えば、
図4に示すように、給電コイル32−1〜32−3が接続線31に並列に接続されている連成コイル3Aにおいて、給電コイル32−1の巻き数を1回、給電コイル32−2の巻き数を2回、給電コイル32−3の巻き数を3回とする。これにより、受電コイル4−1、受電コイル4−2、受電コイル4−3の受電電圧を1:2:3の比率に調整することができる。
【0053】
以下に、本実施形態におけるワイヤレス給電システム1の第2の変形例について説明する。ワイヤレス給電システム1の第2の変形例の特徴は、受電コイル4−1〜4−3の巻き数が負荷7の消費電力に応じて変更される点である。
図5は、第2の変形例における受電コイル4Bについて説明する図である。
【0054】
本変形例の受電コイル4B−1〜4B−3は、負荷7−1〜7−3の消費電力に応じて、巻き数を変更される。すなわち、本変形例の受電コイル4B−1〜4B−3は、各引出し5内の負荷7−1〜7−3に必要な出力電圧を得るために巻き数を変更する。例えば、
図5に示すように、給電コイル32−1〜32−3が接続線31に直列に接続されている連成コイル3において、各給電コイル32の巻き数を2回とし、受電コイル4B−1の巻き数を1回、受電コイル4B−2の巻き数を2回、受電コイル4B−3の巻き数を3回とする。これにより、受電コイル4B−1、受電コイル4B−2、受電コイル4B−3の受電電圧を1:2:3の比率に調整することができる。
【0055】
以下に、本実施形態におけるワイヤレス給電システム1の第3の変形例について説明する。ワイヤレス給電システム1の第3の変形例の特徴は、受電コイル4からの電力の供給が停止された負荷7を判別し、その判別結果に基づいて接続線に供給される電力量を制御する点である。
図6は、第3の変形例におけるワイヤレス給電システム1Cについて説明する図である。
図6に示すように、ワイヤレス給電システム1Cは、給電回路2C、連成コイル3及び複数の受電コイル4(受電コイル4−1〜4−3)を備える。
ここで、受電コイル4−1〜4−3は、給電回路2と通信する機能を有する。
【0056】
図6に示すように、給電回路2Cは、電源21、電力供給部22、通信部23及び制御部24を備える。
例えば、電源21は、蓄電池でもよいし、商用電源でもよい。
電力供給部22は、制御部24からの制御に基づいて、電源21から供給される電力のうち所定の電力を接続線31に出力する。
【0057】
通信部23は、通信ネットワーク100を介して負荷7−1〜7−3のそれぞれと情報を送受する。この情報とは、例えば、負荷7−1〜7−3のそれぞれに対して受電コイル4−1〜4−3から電力が供給されているか否の情報である。例えば、負荷7が引出し5内に設置された灯体装置である場合には、引出し5の開閉に応じてオンオフするスイッチが受電コイル4に直列に接続される。したがって、引出し5が閉状態である場合には、そのスイッチがオフになり、負荷7に電力が供給されない。一方、引出し5が開状態である場合には、そのスイッチがオンになり、負荷7に電力が供給される。すなわち、引出し5が開状態である場合にのみ灯体装置が点灯する。
【0058】
また、例えば、負荷7が引出し5内に設置された紫外線装置である場合には、引出し5の開閉に応じてオンオフするスイッチが受電コイル4に直列に接続される。そして、引出し5が閉状態である場合には、そのスイッチがオンになり、負荷7に電力が供給される。一方、引出し5が開状態である場合には、そのスイッチがオフになり、負荷7に電力が供給されない。すなわち、引出し5が閉状態である場合にのみ紫外線を照射する。
【0059】
このように、負荷7は、ユーザの引出し5の開閉動作に応じて、受電コイル4からの電力が供給又は電力の供給が停止される。したがって、負荷7は、受電コイル4からの電力が供給されているか否かを検出し、その検出結果を通信ネットワーク100を介して、通信部23に送信する。
【0060】
なお、通信ネットワーク100は、無線通信の伝送路であってもよく、無線通信の伝送路及び有線通信の伝送路の組み合わせであってもよいし、有線通信のみであってもよい。また、通信ネットワーク100は、携帯電話回線網などの移動体通信網、無線パケット通信網、インターネット及び専用回線又はそれらの組み合わせであってもよい。
【0061】
制御部24は、通信部23を介して受信した情報に基づいて、受電コイル4からの電力の供給が停止された負荷7を判別する。そして、制御部24は、その判別した結果に基づいて電力供給部22から接続線31に供給される電力量を制御する。ここで、制御部24は、通信部23を介して受信した情報に基づいて、受電コイル4からの電力の供給が停止された負荷7を必ずしも特定する必要はなく、少なくとも、受電コイル4からの電力の供給が停止された負荷7の数又は受電コイル4から電力が供給されている負荷7の数を算出すればよい。そして、制御部24は、その算出した結果に基づいて電力供給部22から接続線31に供給される電力量を制御する。例えば、制御部24は、受電コイル4から全ての負荷7(7−1〜7−3)に電力が供給されていると判定した場合には、電力供給部22から接続線31に電力量W
1を供給させる。その後、制御部24は、通信部23からの情報に基づいて受電コイル4−1から負荷7−1への電力の供給が停止されたと判定した場合には、電力供給部22から接続線31に電力量W
1よりも少ない電力量W
2を供給させる。これは、負荷7−1に電力が供給されない状態において、電力供給部22から接続線31に電力量W
1を供給してしまうと、負荷7−2、負荷7−3において電力W
1が消費されることになり、ワイヤレス給電システム1Cが過負荷状態(オーバーロード)となる。したがって、例えば、制御部24は、電力が供給されている負荷7の数が減少した場合には、その減少した数に応じた電力量を供給している電力量から差し引いた電力量(電力が供給されている負荷7の数に応じた電力量)を接続線31に供給する。
【0062】
一方、制御部24は、負荷7−1のみに電力が供給されている場合において、負荷7−2、負荷7−3に電力が供給されたと判定した場合には、電力供給部22から接続線31に供給させる電力量を大きくする。
このように、制御部24は、負荷7に対する電力の供給状態に基づいて、接続線31に供給する電力量を制御する。なお、例えば、負荷7は、受電コイル4に備えられているスイッチのオン状態又はオフ状態を監視する。そして、負荷7は、その監視している状態に応じて自装置に対する電力の供給状態を判定し、その判定結果を通信ネットワーク100を介して通信部23に送信してもよい。
【0063】
また、上述の実施形態において、給電コイル32及び受電コイル4を各引出し5の底面側に配置したが、これに限定されない。例えば、
図7に示すように、給電コイル32及ぶ受電コイル4を各引出し5の側面側に配置してもよい。これにより、仕切り板6や引出し5の底板がない場合にも給電コイル32及ぶ受電コイル4を引出し5の側面に配置することで、負荷7に電力を供給することができる。
また、給電コイル32及び受電コイル4を各引出し5の底面側に配置した場合に、引出し5内に収納されている金属製品により、給電コイル32と受電コイル4との磁気結合に影響を及ぼす可能性がある。そのため、
図7に示すように、給電コイル32及ぶ受電コイル4を各引出し5の側面側に配置することで、給電コイル32と受電コイル4との磁気結合に対する、引出し5内に収納されている金属製品の影響を抑制することができる。
【0064】
以上の実施形態では、給電コイル32や受電コイル4が3つの場合について説明したが、もちろんこの数に限定されるわけではない。給電コイル32の数は受電コイル4の数に基づいて決定され、この受電コイル4は、引出し5の数や、引出し5に設けられた負荷7の数等に基づいて決定される。
【0065】
給電回路2の各部は、ハードウェアにより実現されてもよく、ソフトウェアにより実現されてもよく、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせにより実現されてもよい。
【0066】
また、上述した実施形態における給電回路2をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、FPGA(Field Programmable Gate Array)等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
【0067】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。