(54)【考案の名称】可変周波数式コードレス供電及び充電装置

(73)【実用新案権者】富達通科技股▲ふん▼有限公司

(72)【考案者】【考案者】

[fig000002]
【選択図】図1

【概要説明】

【分野】

【0001】
本考案の可変周波数式コードレス供電及び充電装置は、特に、コードレス供充電受信装置が検知保護モジュールを通して電源底部の供給する電源状況を検知した後、信号を電源底部にリターンすることにより、電源底部が自動的に発射パワーの大きさを調整し、エネルギーの伝送損失を低下させ、余分なパワーの変換も大幅に低下させる可変周波数式コードレス供電及び充電装置を提供することに関する。

【従来の技術】

【0002】
生活環境がデジタル時代へと移り変わり、各種デジタル商品が周囲に溢れている。それには例えば、デジタルカメラ、携帯電話、エムピースリー等の各種携帯タイプの電子装置が含まれる。そして、各種携帯タイプの電子装置、商品等は全て軽薄短小を方向性とする理念に基づき設計されている。しかし、随時携帯可能という使用目的を達成するためには、第一に使用電力の問題を解決しなければならない。一般に、最も普遍的であるのは、携帯タイプの電子装置内に充電電池を取り付ける方法であり、電力を使い果たした時に改めて充電することができる。しかし、現在、人はそれぞれ携帯タイプの電子装置を複数所有している。各電子装置にはそれぞれに対応する特定の充電器があり、毎回新しい携帯タイプの電子装置を購入した時には、対応する充電池も別に購入しなければならず、経済的負担が増える。しかも、それを収納するための大きな空間も必要で、複数の電子装置の充電器を一緒に収納したなら、充電する時に対応する充電器を探さなければならず時間の無駄となるという欠点が存在する。
【0003】
次に、現在の充電器の使用方法は、充電器の接続インターフェースをコンセントに差し込み、更に充電器のコネクタを携帯タイプの電子装置に差し込むことにより、携帯タイプの電子装置に充電を行い、充電完了後、充電器を携帯タイプの電子装置から抜き取るものである。しかし、充電器はコンセントがある所でなければ充電できないため、充電場所が限定される。屋外や緊急充電を要する場合であっても、即時の充電は不可能である。
【考案が解決しようとする課題】
【0004】
前述の問題点に対して、あるメーカーによって電磁波感知式の電力伝送商品が研究開発された。それは無接点感知で電力伝送を行う商品で、便利性に優れるため、市場では発売と同時に注目されたが、現在の無接点感知電力伝送商品には実際の使用上に多くの欠点が存在し、それらは次に示す通りである。
(1)無接点感知式電力伝送商品の電力発射端は、コイルを共振回路に組み合わせてエネルギーを発射するもので、発射エネルギーの大きさは通電後変化させることができず、需要端の電子装置が必要パワーを変化させた時であっても、発射端はパワーを変化させられず、パワー不足或いはパワーの浪費等の欠点が存在する。
(2)受信端二次側の共振コンデンサと受信コイルとは並列連結し、無負荷作業の状態において、継続してパワーを消耗するため、エネルギー浪費という欠点が存在する。
(3)コイルは単一芯を用いた絶縁性エナメル銅線を巻き付けて形成されるが、コードレス供電作動時、発熱すると、伝送効率を悪くし、パワーを低下させる。
(4)受信端に安全回路が配置しておらず、ショートや電流過大が発生した場合、電子装置の損傷を引き起こす。
【0005】
よって、いかに公知の無接点感知式電力伝送製品の問題及び欠点を解決するかが、本業界に従事する関連メーカーが研究改善すべき方向である。

【効果】

【0012】
本考案の可変周波数式コードレス供電及び充電装置は、エネルギー節約及び効率を高め、製品の使用上の安全性を高める効果を達成する。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本考案の電源底部についてのブロック図である。
【図2】本考案のコードレス供充電受信装置についてのブロック図である。
【図3】本考案のフルハーフブリッジ駆動回路についての回路図である。
【図4】本考案の電源底部についての一部回路図である。
【図5】本考案のコードレス供充電受信装置についての一部回路図である。
【図6】本考案のコイルについての上面図である。

【0014】
次に、前述の目的及び効果を達成するために本考案の採用する技術手段及び構造について、図面を参照とする本考案の実施例の説明により、その特徴と機能を詳細する。これによって本考案に対する完全なご理解がいただけるであろう。
【0015】
図1及び図2に、本考案の電源底部についてのブロック図、コードレス供充電受信装置についてのブロック図を示す。図中から分かる通り、コードレス供充電受信装置は、電源底部1とコードレス供充電受信装置2を備える。
【0016】
前記電源底部1において、第一マイクロプロセッサ11は電源3と電気的に接続し、第一マイクロプロセッサ11に低圧電源を供給する電源回路12に接続し、しかも第一マイクロプロセッサ11は電源回路12から高圧電源を供給されるパワー切換駆動回路13に電気的に接続する。パワー切換駆動回路13には第一マイクロプロセッサ11と電気的に接続するフルハーフブリッジ駆動回路131を配置し、前記フルハーフブリッジ駆動回路131には第一モスフェットアレイ132と第二モスフェットアレイ133とを並列連結し、第一モスフェットアレイ132と第二モスフェットアレイ133は更に第一共振回路14に電気的に接続する。第一共振回路14は、信号を受信しエネルギーを発射する第一コイル15と、電源回路12から低圧電源を供給され第一マイクロプロセッサ11に電気的に接続する検出モジュール16とに電気的に接続する。前記検出モジュール16には、それぞれが第一共振回路14の受信する信号を検知し、結果を第一マイクロプロセッサ11に伝送する信号検出回路161と、電圧検出回路162とを配置する。
【0017】
前記コードレス供充電受信装置2には、信号を発射し、電磁波感知によって電力を受信する第二コイル21と、第二コイル21と電気的に接続する第二共振回路22と、第二共振回路22と電気的に接続し、その高圧交流電源を受信する整流フィルタ回路23と、整流フィルタ回路23に電気的に接続する検知保護モジュール24とを備える。前記検知保護モジュール24には整流フィルタ回路23の高圧交流電源を受信し低圧電源に変換して出力するレギュレータ241を配置し、検知保護モジュール24には更に、整流フィルタ回路23及びレギュレータ241に電気的に接続する電圧検知回路242を配置し、検知保護モジュール24にはまた、電圧検知回路242に電気的に接続する昇降圧型レギュレータ243を配置する。レギュレータ241及び昇降圧型レギュレータ243は、外部の電子装置4に電源を出力する電流検知保護回路244と電気的に接続し、レギュレータ241と整流フィルタ回路23の間には電気的に接続する遮断保護回路245を配置し、更にレギュレータ241は温度検知回路246と電気的に接続する。
【0018】
前記電圧検知回路242、電流検知保護回路244、温度検知回路246は、信号を受信して処理を行なう第二マイクロプロセッサ25に電気的に接続する。また、第二マイクロプロセッサ25は、その信号を受信する遮断保護回路245及び信号生成回路26に電気的に接続し、信号生成回路26は第二共振回路22に電気的に接続する。コードレス供充電受信装置2内には更に、検知保護モジュール24レギュレータ241の充電モジュール27に電気的に接続する。充電モジュール27にはレギュレータ241の提供する低圧電源を受信する充電管理回路271と、充電管理回路271の提供する電源を受信し充電を行う蓄電池272とを配置する。また、蓄電池272は昇降圧型レギュレータ243に電気的に接続する。
【0019】
図1、3、4に、本考案の電源底部についてのブロック図、フルハーフブリッジ駆動回路についての回路図、電源底部についての一部回路図を示す。図から理解されるとおり、第一マイクロプロセッサ11は、パルス幅変調(PWN)信号及び制御信号をフルハーフブリッジ駆動回路131に出力する。フルハーフブリッジ駆動回路131には、抵抗器とコンデンサで構成されるアールシー(RC)遅延回路と、並列連結する逆方向駆動集積回路と順方向駆動集積回路を配置し、アールシー遅延回路は逆方向駆動集積回路に入力し、パルス幅変調信号は、アールシー遅延回路及び順方向駆動集積回路に伝送し、逆方向駆動集積回路の入力ゲートはN型モスフェット(MOSFET)を一つ配置し、N型モスフェットには第一マイクロプロセッサ11の制御信号を受信する切換装置を接続し、マイクロプロセッサによって信号または接地かの入力状態をコントロールし、逆方向駆動集積回路と順方向駆動集積回路の出力端にはそれぞれ、第一モスフェットアレイ132及び第二モスフェットアレイ133を接続する。
【0020】
前記第一モスフェットアレイ132と第二モスフェットアレイ133は、N型モスフェットとP型モスフェットとを組み合わせて構成したものであり、二者の前端にはそれぞれダイオードと抵抗器を組み合わせ、モスフェットのスイッチとして、充放電、整合に用い、フルハーフブリッジ駆動回路131の駆動信号を受信し、高圧電源或いは接地に切り換えて出力する。第一コイル15は、第一共振回路14の共振コンデンサに連結後、二端をそれぞれ第一モスフェットアレイ132と第二モスフェットアレイ133に接続する。前記二端が逆相の駆動信号を受信するとフルブリッジ駆動が形成されるか、第一モスフェットアレイ132をカットして接地とすることにより半減された電圧を出力するハーフブリッジ駆動回路が形成される。
【0021】
図2及び図5には、コードレス供充電受信装置についてのブロック図、コードレス供充電受信装置についての一部回路図を示す。図から理解されるとおり、コードレス供充電受信装置2の第二コイル21は第二共振回路22の共振コンデンサを連結し、更に、二端をそれぞれ整流フィルタ回路23のブリッジ整流器の交流入力の二端に接続する。整流フィルタ回路23はブリッジ整流器とフィルタコンデンサによって構成され、整流フィルタ回路23はまた、検知保護モジュール24内のN型モスフェットとP型モスフェットの組み合わせによって構成される遮断保護回路245に接続する。P型モスフェットはレギュレータ241に接続し、N型モスフェットは第二マイクロプロセッサ25に接続して組み合わせたP型モスフェットの導電状態を制御する。
【0022】
図1及び図2には、本考案の電源底部についてのブロック図、コードレス供充電受信装置についてのブロック図を示す。図から理解されるとおり、電源底部1とコードレス供充電受信装置2を使用時、電源底部1を電源3に接続し、電源3の提供する電力はパワー切換駆動回路13を経て変換された後、第一共振回路14の共振コンデンサによって共振変換後、第一コイル15は電磁変換された電磁波信号を発射する。コードレス供充電受信装置2は第二コイル21によって電磁波感知を行い、電源底部1の発信した電磁波信号を受信し、更に、第二共振回路22を経て高圧交流電源に共振変換して整流フィルタ回路23に出力され、検知保護モジュール24のレギュレータ241が低圧電源に変換した後、電子装置4に供給して充電を行い、コードレス充電効果を達成する。
【0023】
充電時、検知保護モジュール24の温度検知回路246は、温度センサーを使ってレギュレータ241の提供する低圧電源に対して検知を行い、並びに、第二マイクロプロセッサ25に提供して分析処理を行い、温度が予定値を超えた場合は、第二マイクロプロセッサ25はコード信号を信号生成回路26に伝送し、信号生成回路26はコード信号を第二共振回路22に混入させると、第二コイル21は出力パワーの減少或いは停止の信号を電源底部1に発射する。電源底部1は信号検出回路161によって第一コイル15の受信した信号に含まれる信号生成回路26の生成した連続信号をろ過して取り出し、第一マイクロプロセッサ11に伝送する。並びに、電圧検出回路162によって第一コイル15の受信した信号に含まれる交流電力に対し降圧、整流を行い形成された直流電力を第一マイクロプロセッサ11に伝送する(電圧検出回路162は整流フィルタ回路23、レギュレータ241、昇降圧型レギュレータ243、蓄電池272等の複数点で電圧検知を行う)。第一マイクロプロセッサ11は信号検出回路161及び電圧検出回路162の信号を分析後、先ず最良周波数と駆動方式を計算し、更にフルハーフブリッジ駆動回路131に伝送すると、フルハーフブリッジ駆動回路131は出力パワーを調整し、エネルギー伝送の損失を低下させ、コードレス供充電受信装置2内部部品が受け取る余分なパワーの変換を大幅に低下させる。
【0024】
図1及び図2には、本考案の電源底部についてのブロック図、コードレス供充電受信装置についてのブロック図を示す。図から理解されるとおり、コードレス供充電受信装置2には充電モジュール27を配置し、検知保護モジュール24のレギュレータ241は充電モジュール27の充電管理回路271に供電を行い、充電管理回路271は蓄電池272の充電状態をコントロールする(充電終了時には供電をストップし、充電が未終了時には充電を始める等)。蓄電池272はニッケル水素電池或いはリチウムイオン電池とし、蓄電池272の電力は、検知保護モジュール24の昇降圧型レギュレータ243によって電圧を電子装置4の必要とする電圧値まで高めたり下げたりして充電を行う。これにより、コードレス供充電受信装置2が電源底部1の伝送する電磁波信号に近づいていないか受信していない場合であっても、直接、蓄電池272を用いて電子装置4に対する充電が行える。
【0025】
図2には、コードレス供充電受信装置についてのブロック図を示す。図から理解されるとおり、コードレス供充電受信装置2の検知保護モジュール24において整流フィルタ回路23とレギュレータ241の間には遮断保護回路245を配置する。第二マイクロプロセッサ25のコントロールによって、電流過大時には遮断保護回路245が遮断して供電をストップさせ、内部回路を保護する。検知保護モジュール24のレギュレータ241及び昇降圧型レギュレータ243は電流検知保護回路244を電気的に接続し、電流検知保護回路244内には自動回復可能な過電流リセットヒューズ(Reset Fuse)を配置し、信号が第二マイクロプロセッサ25に伝送されると、電流過大時の遮断保護回路245への供電が遮断され、電流検知保護回路244の過電流リセットヒューズによって自動遮断及び保護が行われ、二重安全保護効果を達成する設計である。しかも、電流検知保護回路244は、レギュレータ241と昇降圧型レギュレータ243の電源を整合し、並びに、使用可能な電圧源を自動的に選択し電子装置4に供給する。
【0026】
図1及び図2には、本考案の電源底部についてのブロック図、コードレス供充電受信装置についてのブロック図を示す。図から理解されるとおり、電源底部1は電源回路12を電源入力インターフェース17に電気的に接続し、電源入力インターフェース17は、ユニバーサル・シリアル・バス(USB:Universal Serial Bus)または直流変圧器とする。コードレス供充電受信装置2は検知保護モジュール24の電流検知保護回路244を電源出力インターフェース28に電気的に接続する。電源出力インターフェース28は、ユニバーサル・シリアル・バス(USB:Universal Serial Bus)または電子装置4の直流電源プラグ或いはコンセントとする。単に電源伝送機能を備えれていればよく、本考案の実用新案登録請求の範囲を制限することなく、その他の修飾や同等効果を有する構造の変化は全て本考案の実用新案登録請求の範囲内に含まれるものとすることをここに明記する。
【0027】
図1、2、6には、本考案の電源底部についてのブロック図、コードレス供充電受信装置についてのブロック図、コイルについての上面図を示す。図から理解されるとおり、第一コイル15と第二コイル21は、複数のエナメル線をより合わせた後に粘性絶縁材質を粘着させた線材を用い、前記線材を金型で単層の扁平矩形形状に巻きつけた後、残した二本のリード線を一端に引っ張り出し、各リード線の末端に無鉛ハンダで導電部を形成する。前記構造により、第一コイル15及び第二コイル21は高周波数下では優位的に低抵抗となり、インダクタンスも十分であることから、パワー伝送時に生じる熱量を大幅に低下させ、伝送効率と最大パワーを高める目的を達成する。
【0028】
本考案の可変周波数式コードレス供電及び充電装置を実際に使用する場合には、次のような長所を有する。
(1)コードレス供充電受信装置2の検知保護モジュール24が電源底部1によって供給された電源状況、即ち、共振部品の品質、二次側受信コイルの相対位置、二次側受信負荷状態等の要素を検知する。並びに、第二マイクロプロセッサ25、信号生成回路26、第二共振回路22、及び第二コイル21によって信号を電源底部1に伝送し、電源底部1は自動的に出力パワーを調整するため、エネルギー伝送の損失を低下させ、受信コイルの有効範囲を更に拡大し、コードレス供充電受信装置2内部部品が受け取る余分なパワーの変換も大幅に低下させる。
(2)電源底部1のパワー切換駆動回路13にフルハーフブリッジ駆動回路131と並列連結した第一モスフェットアレイ132及び第二モスフェットアレイ133を用い、継続的に供電し操作する状況下でフルハーフブリッジ駆動回路131はスピーディにパワー出力を切り換え、更にフルハーフブリッジ駆動回路131は、無作業時での第一モスフェットアレイ132と第二モスフェットアレイ133の通路の漏電を遮断し、回路静止時の消耗を最低にする。
(3)第一コイル15と第二コイル21は、複数のエナメル線をより合わせた後に粘性絶縁材質を粘着させた線材を巻き付けて単層の扁平矩形形状を形成することにより、第一コイル15及び第二コイル21は高周波数下で低抵抗を備えるだけでなく、十分なインダクタンスも備えたものとなる。
(4)コードレス供充電受信装置2において第二コイル21に第二共振回路22の共振コンデンサを連結することにより、共振が無負荷時の消耗をゼロとし、重負荷時に優位的に大きなパワーが得られる。
(5)コードレス供充電受信装置2の検知保護モジュール24において整流フィルタ回路23とレギュレータ241の間に遮断保護回路245を配置し、レギュレータ241と昇降圧型レギュレータ243を電流検知保護回路244に電気的に接続させ、電流検知保護回路244内には自動回復可能な過電流リセットヒューズを使用することにより、電流過大時の遮断保護回路245への供電を遮断し、電流検知保護回路244の過電流リセットヒューズによって自動遮断及び保護を行う二重保護効果を備え、火事、損傷を防止する。
【0029】
よって、本考案は主に可変周波数式コードレス供電及び充電装置に関するものであり、電源底部1が電源をコードレス供充電受信装置2に伝送後、コードレス供充電受信装置2は検知保護モジュール24によって供給された電源状況を検知し、更に、第二マイクロプロセッサ25は、信号生成回路26、第二共振回路22を通して信号を電源底部1にリターンし、電源底部1の第一マイクロプロセッサ11は、検出モジュール16が検出した信号を受信した後に分析を行い、並びに、パワー切換駆動回路13が自動的に出力パワーを調整することにより、エネルギー伝送の損失を低下させ、余分なパワーを主な保護ポイントに変換する。よって、エネルギーは良好に使用されるだけでなく、効果的にエネルギー節約をする。
前述したものは単に本考案の実施例であり、これによって本考案の実用新案登録請求の範囲を制限するものではない。よって、本考案の明細書及び図面の内容に基づいてなされた簡易な修飾や同等効果を有する構造の変化は全て、本考案の実用新案登録請求の範囲内に含まれることをここに明記する。
【0030】
前述をまとめると、本考案の可変周波数式コードレス供電及び充電装置の使用時に、確実にその効果及び目的を実現させることが理解される。
【0031】
1 電源底部
11 第一マイクロプロセッサ
12 電源回路
13 パワー切換駆動回路
131 フルハーフブリッジ駆動回路
132 第一モスフェットアレイ
133 第二モスフェットアレイ
14 第一共振回路
15 第一コイル
16 検出モジュール
161 信号検出回路
162 電圧検出回路
17 電源入力インターフェース
2 コードレス供充電受信装置
21 第二コイル
22 第二共振回路
23 整流フィルタ回路
24 検知保護モジュール
241 レギュレータ
242 電圧検知回路
243 昇降圧型レギュレータ
244 電流検知保護回路
245 遮断保護回路
246 温度検知回路
25 第二マイクロプロセッサ
26 信号生成回路
27 充電モジュール
271 充電管理回路
272 蓄電池
28 電源出力インターフェース
3 電源
4 電子装置

(57)【要約】

【課題】電源底部が自動的に発射パワーの大きさを調整し、エネルギーの伝送損失を低下させ、余分なパワーの変換も大幅に低下させる可変周波数式コードレス供電及び充電装置を提供する。【解決手段】電源底部の第一マイクロプロセッサは電源回路とパワー切換駆動回路に電気的に接続し、パワー切換駆動回路は第一共振回路に電気的に接続し、第一共振回路は、第一コイルと検出モジュールとに電気的に接続し、前記コードレス供充電受信装置の第二コイルは第二共振回路と電気的に接続し、第二共振回路は整流フィルタ回路と信号生成回路に電気的に接続し、整流フィルタ回路は検知保護モジュールに電気的に接続し、検知保護モジュールと信号生成回路は第二マイクロプロセッサに電気的に接続する。これにより、コードレス供充電受信装置は電源底部の供給する電源状況を検知後、信号を電源底部にリターンし、電源底部は出力パワーを自動調整する。


【パテントレビュー】

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【インターネット特許番号リンク】

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