JP2004096852A - 非接触給電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁誘導作用を利用して、非接触で電力および信号の送受信を安定して行うことのできる非接触給電装置を提供する。
【解決手段】駆動回路５に供給される電圧値を入力電圧監視回路２４にて常時監視し、前記監視結果に応じて入力電圧比較回路２３から第１の定電圧回路（トランジスタ）１７のベースに出力するパルス信号のデューティー比を、交流電源１の電圧変動を解消する方向に変化させることにより、１次巻線９ａに印可する交番電流値を一定とするように構成した。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１次側から２次側へ非接触で電力を供給する非接触給電装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電磁誘導作用を利用して１次側から２次側へ非接触で電力を供給する非接触給電装置はよく知られている。図１１は従来の非接触給電装置Ｅの一例を示す回路図あり、図１１において、１は交流電源、２は整流用のブリッジ回路３と平滑コンデンサ４からなる整流平滑回路を示している。
【０００３】
５は前記整流平滑回路２の出力を再び交流に変換するための駆動回路であり、スイッチング素子としてのトランジスタ６ａ，６ｂと、前記トランジスタ６ａ，６ｂを交互にオン・オフさせるスイッチングレギュレータＩＣ７からなり、結合トランス８に対して高周波電力を印加するものである。
【０００４】
９ａ，９ｂは、前記結合トランス８を構成する１次コアと２次コア（ともに図示せず）の各々に所定巻数巻回した１次コイルと２次コイルであり、前記２次コイル９ｂにはこれと並列に共振用のコンデンサ１１が接続され、前記２次コイル９ｂと前記コンデンサ１１によって共振回路１２を形成している。
【０００５】
１３は前記２次コイル９ｂおよび共振用のコンデンサ１１に接続された整流用のブリッジ回路１４と平滑コンデンサ１５からなる整流平滑回路であり、１６は前記整流平滑回路１３によって交流から直流に変換された出力により動作する電気機器等の負荷を示している。
【０００６】
以上のように構成された従来の非接触給電装置Ｅは、１次側の発振周波数と２次側の共振周波数が等しくなるように、１次コイル９ａと２次コイル９ｂの巻数とコンデンサ１１の容量を設定して、前記共振回路１２に共振作用を生起させることにより２次側のインピーダンスを下げ、前記共振回路１２に充分な電力を供給することで、負荷１６を良好に動作させている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、前記非接触給電装置Ｅは、負荷変動や交流電源１に電圧変動が生じたり、結合トランス８の１次側と２次側間の間隙距離が何らかの理由によって変動して、前記非接触給電装置Ｅを構成する各種回路に例えば、過電流が流れた場合、前記各種回路は過熱されて装置自体の故障を誘発したり、２次側の出力電圧に影響して電気機器等の負荷１６に安定した電力供給ができない場合があった。
【０００８】
また、前記非接触給電装置Ｅは、２次側が共振するように１次側の発振周波数を予め設定しているので、一旦負荷変動や前記間隙距離の変動が発生すると、２次側を共振させるための共振条件が変化するため、これにより、共振回路１２で２次側のインピーダンスを低下させられなくなり、その結果、２次側に電流が流れやすい状態が形成できなくなるので、２次側に接続される負荷１６に充分な電力を供給できなくなるといった問題があった。
【０００９】
さらに、前記非接触給電装置Ｅによる給電動作が不要な場合は、前記２次側を１次側から引き離せば両者間で電磁誘導作用が働かないため、当然ながら２次側への電力供給を停止することができるが、前記非接触給電装置Ｅには、このような場合に、１次側の駆動回路５を停止させるための方策（手段）が何ら施されていないため、１次側を無用に動作継続してしまうといった問題があった。
【００１０】
このことは、例えば、１次側と２次側間に機械式の接点機構を備えて、２次側を１次側から引き離すことにより前記接点を開放して１次側の動作を停止させるように構成すれば解決できる問題であるが、前述した機械式の接点機構は開閉動作を繰り返すことにより接点部の劣化が生じ易く、長期的な使用には不向きであるといった欠点があった。
【００１１】
そこで、本発明は、負荷変動や交流電源の電圧変動、または１次側と２次側間の間隙距離に変動が生じた場合でも、負荷に対して安定して電力を供給することが可能で、かつ、２次側を１次側から引き離したときは、１次側の動作を確実に停止することのできる長期的使用に適した非接触給電装置を提供する。
【００１２】
【問題を解決するための手段】
請求項１記載の非接触給電装置は、１次側と２次側を分離可能に絶縁した磁気回路網を形成する結合トランスの電磁誘導作用により、前記１次側から２次側に非接触で電力を供給する給電装置であって、前記１次側を構成する１次巻線に高周波の交番電流を印加する駆動回路への入力電圧を監視する入力電圧監視回路と、前記入力電圧監視回路の出力と三角波電圧とを比較する入力電圧比較回路と、前記入力電圧比較回路の出力に応じてスイッチング素子のデューティー比を可変して前記駆動回路の入力を一定にする第１の定電圧回路を具備して構成した。
【００１３】
請求項２記載の非接触給電装置は、１次側と２次側を分離可能に絶縁した磁気回路網を形成する結合トランスの電磁誘導作用により、前記１次側から２次側に電力を非接触で供給する給電装置であって、前記１次側を構成する１次巻線に印加する高周波の交番電流値を監視して、この監視した交番電流を電圧変換して出力する交番電流監視回路と、前記交番電流監視回路の出力電圧と三角波電圧とを比較する電圧値比較回路を具備し、前記電圧値比較回路の出力に応じて、前記１次巻線に高周波の交番電流を印加する駆動回路を構成するスイッチング素子のデューティー比を可変して前記交番電流が一定とするように構成した。
【００１４】
請求項３記載の非接触給電装置は、１次側と２次側を分離可能に絶縁した磁気回路網を形成する結合トランスの電磁誘導作用により、前記１次側から２次側に電力を非接触で供給する給電装置であって、２次側の出力電圧を監視する出力電圧監視回路と、前記出力電圧監視回路の出力電圧と三角波電圧とを比較する出力電圧比較回路と、前記出力電圧比較回路の出力に応じてスイッチング素子のデューティー比を可変して前記出力電圧を一定にする第２の定電圧回路を具備して構成した。
【００１５】
請求項４記載の非接触給電装置は、１次側と２次側を分離可能に絶縁した磁気回路網を形成する結合トランスの電磁誘導作用により、前記１次側から２次側に電力を非接触で供給する給電装置であって、前記２次側に永久磁石を取付け、前記１次側には２次側に取付けた前記永久磁石に対向する磁気センサと、前記磁気センサの出力に応じて前記駆動回路の動作／停止を切り換える駆動停止回路を具備して構成した。
【００１６】
請求項５記載の非接触給電装置は、１次側と２次側を分離可能に絶縁した磁気回路網を形成する結合トランスの電磁誘導作用により、前記１次側から２次側に電力を非接触で供給する給電装置であって、前記１次側を構成する１次コアに１次巻線とともに巻回される信号送信用の巻線と、前記信号送信用の巻線に接続されて、前記磁気回路網に送信信号を重畳する送信回路を具備し、前記２次側には、該２次側を構成する２次コアに２次巻線とともに巻回される信号受信用の巻線と、前記信号受信用の巻線に接続されて、該信号受信用の巻線から受信信号を取り出す受信回路を具備して構成した。
【００１７】
請求項６記載の非接触給電装置は、１次側と２次側を分離可能に絶縁した磁気回路網を形成する結合トランスの電磁誘導作用により、前記１次側から２次側に電力を非接触で供給する給電装置であって、前記２次側を構成する２次コアに２次巻線とともに巻回される信号送信用の巻線と、前記信号送信用の巻線に接続されて、前記磁気回路網に送信信号を重畳する送信回路を具備し、１次側には、該１次側を構成する１次コアに１次巻線とともに巻回される信号受信用の巻線と、前記信号受信用の巻線に接続されて、該信号受信用の巻線から受信信号を取り出す受信回路を具備して構成した。
【００１８】
請求項７記載の非接触給電装置は、１次側と２次側を分離可能に絶縁した磁気回路網を形成する結合トランスの電磁誘導作用により、前記１次側から２次側に電力を非接触で供給する給電装置であって、前記１次側と２次側を構成する１次コアと２次コアに、前記１次巻線および２次巻線とともに巻回される信号送受信用の巻線と、前記信号送受信用の巻線に接続されて、前記磁気回路網に送信信号を重畳し、また、前記信号送受信用の巻線から受信信号を取り出す送受信回路を具備して構成した。
【００１９】
請求項８記載の非接触給電装置は、請求項５ないし７記載の非接触給電装置において、前記１次側を構成する１次巻線に印加する交番電流を共振させて、前記交番電流に含まれる送受信信号の妨げとなる高調波成分を除去するＬＣ共振回路を具備して構成した。
【００２０】
本発明の非接触給電装置は、１次巻線に高周波の交番電流を印加する駆動回路への入力電圧、または、前記１次巻線に印加する交番電流、あるいは、２次側の出力電圧を監視し、その監視結果に応じてスイッチング素子のデューティー比を可変することにより、前記入力電圧，交番電流，出力電圧の何れかを一定とするように構成することにより、負荷変動や電圧変動、または、１次側と２次側間の間隙距離に変動が発生した場合に、負荷に供給する電力が不安定になることを確実に防止できる。
【００２１】
また、本発明の非接触給電装置は、２次側に永久磁石を具備し、１次側に前記永久磁石の磁気を感知する磁気センサを備え、前記磁気センサの出力に応じて１次巻線に交番電流を印加する駆動回路の動作／停止を切り換えるように構成したので、給電不要時等、１次側と２次側を引き離された場合は、前記駆動回路の動作を確実に停止させることができ、無用に１次側を動作継続する問題を確実に解消できる。
【００２２】
さらに、本発明の非接触給電装置は、結合トランスの１次コアに給電用の巻線と信号送信用の巻線を巻回し、また、前記結合トランスの２次コアに受電用の巻線と信号受信用の巻線を巻回し、給電時に１次コアに誘起される磁束に信号送信時に誘起される磁束を重畳するように構成したので、信号の送受信機能を備えた非接触給電装置を簡易な構成で安価に実現することができる。
【００２３】
そのうえ、本発明の非接触給電装置は、給電用の巻線に印加する交番電流に含まれる高調波成分をＬＣ共振回路により除去するように構成したので、前記高調波成分が磁気回路網に重畳する変調信号（電気信号）と混信することはなく、受信回路にて前記変調信号（電気信号）のみを確実に受信することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１，２により説明する。図１は本発明の非接触給電装置Ａを示す構成図であり、図１において、図１１に示した非接触給電装置Ｅと同一部品は同一符号を附して説明を省略する。
【００２５】
図１において、１７は平滑コンデンサ４の一端にコレクタを接続し、エミッタを結合トランス８を構成する１次巻線９ａの中点に、また、ベースを比較器１８の出力端子に接続したスイッチング素子としてのトランジスタ（第１の定電圧回路）であり、１９は比較器１８の一方の入力端子に三角波電圧を入力する三角波発振器を示している。
【００２６】
２０は一端を平滑コンデンサ４の他端に接続し、他端を前記トランジスタ１７のエミッタに接続した平滑コンデンサであり、２１は一方端をトランジスタ１７のエミッタと平滑コンデンサ２０の一端に接続した抵抗である。また、２２は抵抗２１の他方端に一方端を接続し、他方端を平滑コンデンサ４の他端に接続した抵抗を示している。
【００２７】
そして、比較器１８と三角波発振器１９から入力電圧比較回路２３が形成され、平滑コンデンサ２０と抵抗２１，２２から入力電圧監視回路２４が形成されている。なお、前記非接触給電装置Ａの２次側構成は、図１１に示す従来の非接触給電装置Ｅの２次側構成と同一であるので、説明および図の記載は省略する。
【００２８】
次に、非接触給電装置Ａの動作について説明する。前記非接触給電装置Ａにおいて、２次側に接続した負荷１６に電力を供給する場合、比較器１８の一方の入力端子には、入力電圧監視回路２４の２つの抵抗２１，２２によって分圧された電圧が入力され、比較器１８の他方の入力端子には三角波発振器１９が出力する三角波電圧が入力される。
【００２９】
前記比較器１８は、抵抗２１，２２による分圧値と三角波電圧値とを比較して比較値に応じたオン幅の方形波電圧を出力するものであり、通常時（交流電源１に電圧変動がない時）における前記分圧値を基準として、分圧値が大きくなる程オン幅の狭い方形波電圧を出力し、逆に分圧値が小さくなる程、オン幅の広い方形波電圧を出力する。
【００３０】
そして、通常時に比較器１８は、その出力端子から図２（ａ）に示す、例えば、デューティー比が５０％である出力信号（方形波電圧）をトランジスタ（第１の定電圧回路）１７のベースに出力する。
【００３１】
この出力信号をベースに入力したトランジスタ１７は、入力信号のレベル（Ｈ，Ｌ）に応じてオン・オフを繰り返し、駆動回路５のトランジスタ６ａ，６ｂを介して１次巻線９ａに交番電流を印加する。このとき駆動回路５のトランジスタ６ａ，６ｂは、スイッチングレギュレータＩＣ７によって決定された周期で互いが相反して（トランジスタ６ａがオンであるときトランジスタ６ｂはオフしその逆も同様である）オン・オフ動作している。
【００３２】
１次巻線９ａに交番電流が印加されると、１次巻線９ａ中には印加された交番電流値に見合った磁束が誘起され、この磁束は１次巻線９ａを巻回した１次コアから所定の間隙（金属以外）を介して２次コアに鎖交して、２次コアに巻回した２次巻線９ｂに誘導起電力を誘起する。この２次巻線９ｂに生じた誘導起電力は、整流平滑回路１３で直流変換された後、電気機器等の負荷１６に供給されて負荷１６を動作させる。
【００３３】
つづいて、交流電源１に電圧変動が生じた場合の非接触給電装置Ａの動作について説明する。交流電源１の電圧が低下した場合、整流平滑回路２の出力電圧は低下して、入力電圧監視回路２４に印加される電圧値も低下する。
【００３４】
この入力電圧値の低下によって、入力電圧監視回路２４の抵抗２１，２２によって分圧される電圧値も当然低下するため、比較器１８の一方の入力端子に入力される電圧値は通常時に比べて低くなる。
【００３５】
この結果、比較器１８の出力端子からは、図２（ｂ）に示すように、デューティー比が５０％を越えるパルス信号（方形波電圧）がトランジスタ１７のベースに入力されることとなり、駆動回路５にはトランジスタ１７を介して、交流電源１に電圧変動が生じていないときと同様の電圧が印加される。
【００３６】
そして、スイッチングレギュレータ用ＩＣ７がトランジスタ６ａ，６ｂを交互にオン・オフさせることにより、１次巻線９ａには交流電源１の電圧低下に影響を受けない所定の交番電流が印加され、その結果、図示しない２次側に電圧変動がないときと同様の誘導起電力を誘起させることができ、負荷１６（図１１参照）を良好に動作させることが可能となる。
【００３７】
つまり、交流電源１に電圧低下が生じた場合、トランジスタ１７のベースに入力するパルス信号のディーティー比を高く可変することにより、１次巻線９ａに印加される電圧を電圧変動のない場合と同一に調節することができ、以て、２次側の誘導起電力を一定となし、電気機器等の負荷１６を良好に動作させることができる。
【００３８】
次に、交流電源１の電圧が上昇した場合について説明する。交流電源１の電圧が上昇した場合は、入力電圧監視回路２４に入力される電圧も上昇するので、抵抗２１，２２によって分圧されて比較器１８の一方の入力端子に入力される電圧値は、通常時よりも高くなる。
【００３９】
これにより、比較器１８の出力端子から図２（ｃ）に示すデューティー比が５０％を下回るパルス信号（方形波電圧）がトランジスタ１７のベースに入力されるので、トランジスタ１７のオン時間を短くすることができ、トランジスタ１７を介して駆動回路５に入力される電圧値を電圧変動のないときと等しくすることができる。
【００４０】
つまり、１次巻線９ａに印加される交番電流値が交流電源１の電圧低下に影響を受けることなく常に一定に維持され、以て、２次側の誘導起電力を一定に保持できるので、２次側に接続される負荷１６を誤動作させることなく良好に動作させることが可能となる。
【００４１】
なお、前記入力電圧監視回路２４は、図１に示す構成に限定するものではなく、前述と同様の効果が得られる構成であれば如何なる構成の回路を採用してもよい。例えば、図３に示すように、交流電源１にトランス２５の１次巻線２５ａを並列接続し、トランス２５の２次巻線２５ｂには、ブリッジ回路２６と平滑コンデンサ２７からなる整流平滑回路２８を接続して、前記入力電圧監視回路２４を構成してもよい。
【００４２】
そして、図３に示す非接触給電装置Ａ’において、交流電源１に電圧変動（増減）が発生した場合は、整流平滑回路２８で直流変換されて比較器１８の一方の入力端子に入力される電圧値は、通常時（電圧変動がない時）に比較器１８の一方の入力端子に入力される電圧値と比較して上下に変動するため、比較器１８はこの電圧値の上下変動を打ち消す方向にデューティー比を可変したパルス信号（方形波電圧）をトランジスタ１７のベースに出力する。
【００４３】
すなわち、比較器１８の一方の入力端子に入力する電圧値が通常時に比べて低下した場合、トランジスタ１７のベースに入力するパルス信号のデューティー比は高く（５０％を超える）可変され、また、比較器１８の一方の入力端子に入力する電圧値が通常時に比べて上昇した場合は、トランジスタ１７のベースに入力するパルス信号のデューティー比は低く（５０％を下回る）可変される。これにより、トランジスタ１７のオン・オフ時間が適宜調節されて、１次巻線９ａに印加する電圧が交流電源１に電圧変動がない場合と等しくなるように調節される。
【００４４】
この結果、図示しない２次側に接続した負荷１６には、常に、同一の出力電圧が安定して印加され、交流電源１の電圧変動の影響を受けることなく負荷１６を良好に動作させることが可能となる。
【００４５】
つづいて、本発明の第２実施例を図４，５により説明する。図４に示す非接触給電装置Ｂは、１次巻線９ａに印加する交番電流が常に一定となるように制御する手段を具備して構成され、整流平滑回路２と駆動回路５との間に、直流用のカレントトランス２９（以下、単にカレントトランスという）の１次巻線２９ａを接続し、前記カレントトランス２９の２次巻線２９ｂにシャント抵抗３０を直列接続している。
【００４６】
２次巻線２９ｂの一端とシャント抵抗３０の一端はともに駆動回路５を構成するトランジスタ６ａ，６ｂのエミッタと平滑コンデンサ４の一端に接続され、２次巻線２９ｂとシャント抵抗３０の接続点は、比較器１８の一方の入力端子に接続されている。そして、カレントトランス２９とシャント抵抗３０によって交番電流監視回路３１を形成し、比較器１８と定電圧電源１９によって電圧値比較回路３２を形成している。
【００４７】
この非接触給電装置Ｂにおいて、整流平滑回路２の出力はカレントトランス２９によって当該カレントトランス２９の２次側に伝達される。カレントトランス２９の２次側（２次巻線２９ｂ）に誘起された電流（誘起電流）は２次巻線２９ｂに直列接続したシャント抵抗３０によって電圧変換されて、比較器１８の一方の入力端子に入力される。前記比較器１８は、この入力電圧値と他方の入力端子に入力される三角波発振器１９が出力する三角波電圧値とを比較し、その比較値に応じたオン幅を有するパルス信号（方形波電圧）を出力する。
【００４８】
つまり、比較器１８は、通常時（交番電流に変動がない時）に交番電流監視回路３１から一方の入力端子に入力される電圧値を、他方の入力端子に入力される三角波発振器１９の三角波電圧値を比較したとき、その出力端子から図２（ａ）に示す、例えば、デューティー比が５０％であるパルス信号（方形波電圧）をスイッチングレギュレータＩＣ７の入力端子ｎに入力するように構成されている。
【００４９】
スイッチングレギュレータＩＣ７は、受信信号のデューティー比が５０％である場合、トランジスタ６ａのベースに、図５（ａ）に示すパルス信号を入力し、また、トランジスタ６ｂのベースに図５（ｂ）に示すパルス信号を入力して、前記トランジスタ６ａ，６ｂを交互にオン・オフさせる。
【００５０】
これにより、カレントトランス２９の１次巻線２９ａを介して１次巻線９ａの中点に直流電流が供給され、トランジスタ６ａ，６ｂが交互にオン・オフすることによって、１次巻線９ａに所定の交番電流（以下、基準交番電流という）が印加される。この結果、非接触給電装置Ｂの２次側には通常時と同一の誘導起電力が誘起されることになり、負荷１６を確実に動作させることができる。
【００５１】
一方、１次巻線９ａに印加される交番電流が減少した場合は、当然カレントトランス２９の２次巻線２９ｂに誘起される誘起電流は減少するため、シャント抵抗３０によって電圧変換されて、比較器１８の一方の入力端子に入力される電圧値は減少する。
【００５２】
前記比較器１８の一方の入力端子に入力される電圧値が、通常時に前記比較器１８の一方の入力端子に入力される電圧値より低くなると、通常時に比較器１８の出力端子から出力されるパルス信号と比較して、デューティー比の高い（５０パーセントを超える）パルス信号がスイッチングレギュレータＩＣ７の入力端子ｎに入力される。
【００５３】
スイッチングレギュレータＩＣ７は、入力端子ｎにデューティー比が５０％を超えるパルス信号が入力されると、トランジスタ６ａのベースに図５（ｃ）に示すパルス信号を入力し、トランジスタ６ｂのベースに同図（ｄ）に示すパルス信号を入力する。
【００５４】
これにより、トランジスタ６ａ，６ｂのオン時間が長くなり、トランジスタ６ａ，６ｂを介して１次巻線９ａに交番電流が印加される時間を長くすることができるので、通常時と同一の電力値を１次巻線９ａに供給することが可能となる。
【００５５】
また、１次巻線９ａに印加する交番電流が増加した場合、カレントトランス２９の２次側に誘起される電流は上昇するので、シャント抵抗３０によって電圧変換されて、比較器１８の一方の入力端子に入力される電圧値は、通常時に比較器１８の一方の入力端子に入力される電圧値より高くなる。
【００５６】
これにより、比較器１８は出力端子から、通常時に比較器１８の出力端子から出力されるパルス信号と比較して、デューティー比の低い（５０％を下回る）パルス信号がスイッチングレギュレータＩＣ７の入力端子ｎに出力する。
【００５７】
スイッチングレギュレータＩＣ７は、入力端子ｎにデューティー比が５０％を下回るパルス信号が入力されると、トランジスタ６ａのベースに図５（ｅ）に示すパルス信号を入力し、トランジスタ６ｂのベースに同図（ｆ）に示すパルス信号を入力して、トランジスタ６ａ，６ｂを交互にオン・オフさせる。
【００５８】
この結果、トランジスタ６ａ，６ｂのオン時間は短縮されるため、トランジスタ６ａ，６ｂを介して１次巻線９ａに交番電流が印加される時間を短くすることができ、交番電流の増加を確実に解消して通常時と同一の交番電流を１次巻線９ａに印加することができる。
【００５９】
以上説明したように、前記非接触給電装置Ｂは、負荷変動や交流電源１の電圧変動が生じたり、１次側と２次側間の間隙が変動することにより、１次巻線９ａに印加される交番電流が変動した場合でも、交番電流監視回路３１によって１次巻線９ａに印加される交番電流の変動を確実に検知して、電圧値比較回路３２からスイッチングレギュレータＩＣ７に前記交番電流の変動の検知結果に対応したデューティー比のパルス信号を入力することによって、前記スイッチングレギュレータＩＣ７はトランジスタ６ａ，６ｂのベースに、前記交番電流の変動（増減）を解消する方向にデューティー比を変化させたパルス信号を出力して、これを交互にオン・オフさせることにより、１次巻線９ａに印加される交番電流の変動を確実に解消することができる。
【００６０】
この結果、２次側の出力電圧を常に一定に維持することができるので、２次側に接続した電気機器等の負荷１６を、負荷変動や電圧変動または１次側と２次側間の間隙変動に影響されることなく良好に動作させることができる。
【００６１】
なお、前述した非接触給電装置Ｂによって得られる効果は、図６に示す非接触給電装置Ｂ’でも同様に得ることができる。つまり、図６に示す非接触給電装置Ｂ’は、シャント抵抗３０の一端を整流平滑回路２を構成する平滑コンデンサ４の一方端に接続し、シャント抵抗３０の他端を駆動回路５を構成するトランジスタ６ａ，６ｂのエミッタに接続して構成されている。
【００６２】
この場合、整流平滑回路２で整流・平滑された直流電流は、シャント抵抗３０で電圧変換されて、比較器１８の一方の入力端子に入力されるので、交番電流に変動が生じた場合、比較器１８の一方の入力端子に入力される電圧値はこれに対応して変動することになる。
【００６３】
つまり、交番電流に変動が生じた場合、比較器１８の一方の入力端子に入力する電圧値は、通常時（交番電流に変動がない時）に比較器１８の一方の入力端子に入力される電圧値と比較して上下に変動するので、比較器１８は交番電流の変動に応じたデューティー比のパルス信号をスイッングレギュレータＩＣ７の入力端子ｎに出力する。
【００６４】
そして、スイッチングレギュレータＩＣ７は、入力端子ｎに入力したパルス信号のデューティー比が５０％以外である場合、トランジスタ６ａ，６ｂの各ベースに入力するパルス信号のデューティー比を適宜可変して、図４に示す非接触給電装置Ｂ同様、１次巻線９ａに印加する交番電流の変動を確実に解消するのである。
【００６５】
次に、図７により本発明のさらに他の実施例について説明する。図７に示す非接触給電装置Ｃは、２次側の整流平滑回路１２を構成する平滑コンデンサ１１の一端にトランジスタ（第２の定電圧回路）３３のコレクタを接続し、トランジスタ３３のベースは、出力電圧比較回路３４を構成する比較器３５の出力端子に接続されている。
【００６６】
また、トランジスタ３３のエミッタには、負荷１６と並列に接続された出力電圧監視回路３６を構成する抵抗３７の一端が接続されており、抵抗３７の他端には、出力電圧監視回路３６を構成するもう１つの抵抗３８の一端が接続されている。また、抵抗３８の他端は平滑コンデンサ１１の他端に接続されている。
【００６７】
比較器３５の一方の入力端子には、出力電圧監視回路３６を構成する抵抗３７と抵抗３８の接続点が接続されており、比較器３５の他方の入力端子には、三角波発振器３９が接続されている。
【００６８】
また、抵抗３７の一端は、平滑コンデンサ４０と負荷１６の各々の一端に接続されており、抵抗３８の他端は、平滑コンデンサ４０と負荷１６の各々の他端に接続されている。なお、非接触給電装置Ｃの１次側の構成は、図１，３，４，６に示す何れの回路と組み合わせてもよいので、図および説明の記載は省略する。
【００６９】
次に、前記非接触給電装置Ｃの動作について説明する。図７に示す非接触給電装置Ｃは、整流平滑回路１２からトランジスタ３３を介して出力電圧監視回路３６に供給された電圧が、出力電圧監視回路３６の抵抗３７，３８によって分圧されて、出力電圧比較回路３４を構成する比較器３５の一方の入力端子に入力される。
【００７０】
比較器３５はこの分圧値と他方の入力端子に入力する三角波電圧値とを比較して、比較値に応じたオン幅のパルス信号（方形波電圧）を出力し、通常時（電圧変動がない時）、比較器３５は、例えば、ディーティー比が５０％であるパルス信号をトランジスタ（第２の定電圧回路）３３のベースに出力して、トランジスタ３３をオン・オフさせる。
【００７１】
これにより、整流平滑回路１２の出力はトランジスタ３９のオン・オフにより所定のパルス信号として平滑コンデンサ４０に印加され、平滑コンデンサ４０で平滑された後、負荷１６に供給される。負荷１６はこの直流電圧（以下、通常電圧という）の供給を受けて適切に動作する。
【００７２】
また、２次側の出力電圧が低下した場合、出力電圧監視回路３６の抵抗３７，３８で分圧されて、比較器３５の一方の入力端子に入力される電圧値は、通常時に比較器３５の一方の入力端子に入力される電圧値と比較して低くなる。
【００７３】
これにより、比較器３５はその出力端子からデューティー比の高い（５０％を超える）パルス信号がトランジスタ３３のベースに出力される。前記デューティー比を高く可変したパルス信号がベースに入力されると、前記トランジスタ３３は当然オン時間が長くなるため、負荷１６に供給される電圧値は前述した通常電圧と等しくなり、負荷１６を誤動作することなく、確実に動作させることができる。
【００７４】
また、２次側の出力電圧が増加した場合は、抵抗３７と抵抗３８によって分圧されて、比較器３５の一方の入力端子に入力される電圧値は、通常時に前記比較器３５の一方の入力端子に入力される分圧値より高くなるので、比較器３５の出力はデューティー比が５０％を下回るパルス信号となり、トランジスタ３３のベースに入力される。
【００７５】
これにより、トランジスタ３３は、オン時間を短くオフ時間を長してオン・オフ動作を繰り返すことによって、負荷１６に供給される電圧値は前述した通常電圧と同値となって、負荷１６に安定した電力供給が可能となる。
【００７６】
以上説明したように、図７に示す非接触給電装置Ｃは、２次側の出力電圧を常時監視して、出力電圧に変動（増減）があった場合は、比較器１８の出力端子からトランジスタ（第２の定電圧回路）３３のベースに入力するパルス信号のデューティー比を、前記電圧変動が解消される方向に可変することによって、トランジスタ３３（第２の定電圧回路）３３のオン・オフ時間を調節して、負荷１６に常に一定の電圧が供給されるように制御するのである。
【００７７】
図８は非接触給電装置Ａ〜Ｃの１次側と２次側をそれぞれ収容した１次側ユニット４１と２次側ユニット４２に、両ユニット４１，４２が互いに引き離されたとき、非接触給電装置Ａ〜Ｃの１次側を構成する駆動回路５の駆動を停止する手段を具備した状態を簡略的に示した概略図である。
【００７８】
図８において、４３は２次側ユニット４２に取り付けた永久磁石であり、４４は、１次側ユニット４１に具備されて、永久磁石４３の磁気を感知してオン・オフ動作するホールセンサ等の磁気センサを示している。
【００７９】
前記ホールセンサ４４の出力端子は、駆動停止回路として動作するトランジスタ（以下、単にトランジスタという）４５のベースに接続され、前記トランジスタ４５のコレクタは、図１，３，４，６，７に示す非接触給電装置Ａ〜Ｃの１次側を構成するスイッチングレギュレータＩＣ７の発振周波数を決定するコンデンサ４６の一端と、スイッチングレギュレータＩＣ７の入力端子Ｃ１　とに接続
されている。また、トランジスタ４５のエミッタおよびコンデンサ４６の他端は、ともにＧＮＤに接地されている。
【００８０】
１次側ユニット４１と２次側ユニット４２が、図８に示すように互いに対向している場合、２次側ユニット４２に取り付けた永久磁石４３の磁気は１次側ユニット４１に具備したホールセンサ４４によって確実に感知され、これにより、ホールセンサ４４はオン動作する。
【００８１】
このとき、トランジスタ４５のベースには、（Ｌ）レベルの信号が入力されるので、トランジスタ４５はオフ動作して、スイッチングレギュレータＩＣ７は、コンデンサ４６によって決定される発振周波数で動作して、１次側から２次側に電磁誘導作用を利用して給電を行う。
【００８２】
然るに、１次側ユニット４１または２次側ユニット４２を互いのユニット４２，４１から引き離して、１次側から２次側への給電を停止する場合、また、何らかの理由（事故等）によって１次側ユニット４１と２次側ユニット４２が引き離された場合、２次側ユニット４２に取り付けた永久磁石４３の磁気を２次側ユニット４２に具備したホールセンサ４４が感知できなくなる。
【００８３】
これにより、ホールセンサ４４はオフ動作してトランジスタ４５のベースには（Ｈ）レベルの信号が入力され、トランジスタ４５はオン動作する。この結果、トランジスタ４５と並列に接続されたコンデンサ４６は短絡するため、スイッチングレギュレータＩＣ７の発振は停止する。
【００８４】
即ち、非接触給電装置Ａ〜Ｃの１次側を構成するスイッチングレギュレータＩＣ７の動作は停止することになり、１次側から２次側への給電が停止されるので、１次側から２次側への給電が不要な時（１次側ユニット４１と２次側ユニット４２が対向していないとき）に、非接触給電装置Ａ〜Ｃの１次側が無用に動作することはなく、無駄な電力消費を確実に防止することができる。
【００８５】
図９は非接触給電装置Ａ〜Ｃに電気信号の送受信機能を附加して構成した非接触給電装置Ｄの概略構成図である。すなわち、図９に示す非接触給電装置Ｄは、結合トランス８を構成する１次コア１０ａに、１次巻線９ａ（給電用）と信号送信用の巻線４７ａを巻回し、結合トランス８の２次コア１０ｂに、２次巻線９ｂ（受電用）と信号受信用の巻線４７ｂを巻回して、前記信号送信用の巻線４７ａと信号受信用の巻線４７ｂには、信号送信回路４８と信号受信回路４９を接続して構成されている。
【００８６】
そして、非接触給電装置Ｄを活用する用途に応じて、非接触給電動作以外に２次側に電気信号を送信する必要がある場合は、図１，３，４，６，７により説明した非接触給電装置Ａ〜Ｃの給電動作に加えて、信号送信回路４８から信号送信用の巻線４７ａに変調信号を印加する。
【００８７】
これにより、結合トランス８の１次コア１０ａには１次巻線９ａに印加した交番電流によって誘起する磁束に、信号送信用の巻線４７ａに印加した変調信号によって誘起する磁束が重畳され、１次側ユニット４１と２次側ユニット４２間の間隙（金属以外）を介して２次コア１０ｂに前記磁束が鎖交して、２次コア１０ｂに巻回した２次巻線９ｂと信号受信用の巻線４７ｂに、２次コア１０ｂに鎖交した磁束によってそれぞれ同一の誘導起電力が誘起される。
【００８８】
このとき、２次巻線９ｂに誘起された誘導起電力には、前述したとおり電気信号成分（変調成分）が重畳しているが、２次巻線９ｂとコンデンサ１１からなる共振回路１２がフィルタとして作用し、２次巻線９ｂに誘起した誘導起電力から前記変調成分を除去して、１次巻線９ａに印加した交番電流によって発生した磁束に応じた誘導起電力のみを整流平滑回路２に出力することができる。なお、２次側に供給された電力を負荷１６に供給する動作については、前述した非接触給電装置Ａ〜Ｃと同様であるので、説明は割愛する。
【００８９】
一方、信号受信用の巻線４７ｂに誘起された誘導起電力は、信号受信回路４９に供給され、信号受信回路４９内の図示しないフィルタを通過させることにより、前記誘導起電力から電気信号成分のみを抽出することができる。
【００９０】
この結果、信号受信回路４９は１次側から送信された電気信号のみを確実に取り出すことができ、当該非接触給電装置Ｄを利用する用途によって、取り出した電気信号を種々の用途に有効に活用することができる。
【００９１】
また、２次側ユニット４２から１次側ユニット４１に信号を送信する場合は、１次側に信号受信回路４９を設け、２次側に信号送信回路４８を設ければよい。この場合、例えば、２次側の信号送信回路４８によって２次側の出力電圧を検出して、出力電圧に変動があった場合は、電圧変動があった旨の電気信号を２次側から１次側に送信することにより、１次側で電気信号を基づいて１次巻線９ａに印加する交番電流が電圧変動に影響されることなく一定にすれば、２次側の出力電圧を一定に維持することが可能となる。
【００９２】
なお、前述したように、１次巻線９ａに印加する交番電流を一定にする場合、図１，３に示すトランジスタ（第１の定電圧回路）１７のベースに入力するパルス信号のデューティー比を１次側に設けた信号受信回路４９によって変化させたり、また、図４，６に示すスイッチングレギュレータＩＣ７の入力端子ｎに入力する信号のデューティー比を信号受信回路４９によって変化させることにより、スイッチングレギュレータＩＣ７から駆動回路５を構成するトランジスタ６ａ，６ｂのベースに入力するパルス信号のデューティー比を変化させることにより実現すればよい。
【００９３】
さらに、１次側と２次側に信号送受信機能を備えた回路を各々具備して非接触給電装置Ｄを構成することによって、電気信号の送受信機能をより一層有効に活用することができる。例えば、１次側から２次側に電気信号を送信し、この信号に対して２次側から１次側に電気信号が返信されることを条件に、１次側ユニット４１と２次側ユニット４２が対向した状態、つまり、給電可能な状態にあることを１次側において確認することができ、給電可能な状態にあるときに限って１次側から２次側に給電動作を行うように構成すれば、給電不可の状態（１次側ユニット４１と２次側ユニット４２が対向していないとき）に、１次側の駆動回路５が無用に動作するといった問題を確実に解消することができる。
【００９４】
また、非接触給電装置Ｄにおいて、１次巻線９ａ（給電用）に図１０に示すＬＣ回路５０を接続することにより、１次巻線９ａに印加される交番電流に一般的に含まれる高調波成分を確実に除去することができる。これにより、１次巻線９ａに印加される交番電流に通常含まれる高調波成分を、信号受信回路４９が２次側に送信された変調信号と誤認識して抽出してしまう問題の発生を確実に阻止することができる。
【００９５】
以上説明したように、本発明の非接触給電装置は、負荷変動や電圧変動、または、１次側と２次側間の間隙変動が生じた場合でも、出力電圧は常に一定に維持することができるので、２次側に接続する電気機器等の負荷が出力変動によって誤動作したり、動作不能に陥ることはなく、常に良好に駆動させることができる。
【００９６】
また、１次側ユニットと２次側ユニットの対向状態を検出する手段を具備して構成したので、１次側ユニットと２次側ユニットが対向していない状態で、１次側ユニットの駆動回路が無用に動作することを確実に防止することができる。
【００９７】
さらに、受給電の巻線と信号送受信用の巻線を同一コアに巻回して構成したので、信号送受信機能を非常に簡易な構成で、しかも、安価に非接触給電装置に附加することができ、また、前記信号送受信機能を附加したことにより、本発明の非接触給電装置をより広範な用途に利用することが可能となる。
【００９８】
【発明の効果】
請求項１記載の非接触給電装置は、交流電源の入力電圧が変動しても、駆動回路への入力電圧が常に一定となるように制御することができるので、前記駆動回路から１次巻線に印加される高周波の交番電流を一定とすることができ、以て、１次コアから２次コアに鎖交する磁束を一定となし、２次側の誘導起電力を一定として、前記２次側に接続される電気機器等の負荷に対して安定した電力供給が実現できる。
【００９９】
請求項２記載の非接触給電装置は、交流電源の入力電圧が変動しても１次巻線に印加される交番電流が一定となるように制御することができるので、請求項１の場合と同様に、１次コアから２次コアに鎖交する磁束を一定として、２次側の誘導起電力が前記交流電源の入力電圧の変動に影響されず、常に一定となるように維持できるので、２次側に接続する負荷が前記交流電源の入力電圧の変動によって誤動作したり、動作不能になるといった問題の発生を確実に防止することができ、非常に有効である。
【０１００】
請求項３記載の非接触給電装置は、結合トランスの２次側の出力電圧が一定となるように制御することができるので、１次側と２次側間の間隔が何らかの理由により変動した場合でも、２次側に接続された負荷に供給される電圧を常に一定に維持することができ、便利である。
【０１０１】
請求項４記載の非接触給電装置は、結合トランスの２次側に設けた永久磁石の磁気を感知する磁気センサを結合トランスの１次側に設け、前記磁気センサの出力に応じて１次側の駆動回路の駆動／停止を切り換えるように構成したので、１次側と２次側が対向していない給電不可の状態で、１次側の駆動回路が不要に動作することを防止でき、無駄な電力消費を抑制することができる。
【０１０２】
請求項５記載の非接触給電装置は、給受電用の巻線と電気信号送受信用の巻線を結合トランスの同一コアに巻回して構成したので、非常に簡易な構成で、かつ、安価に電気信号の送受信機能を備えた非接触給電装置を実現することができ、有効である。
【０１０３】
請求項６記載の非接触給電装置は、結合トランスの２次側から１次側に電気信号の送信が可能であるので、例えば、２次側の出力電圧が低下するような事態が生じた場合、前記出力電圧が低下した旨を２次側の信号送信回路から１次側の信号受信回路に送信することで、前記１次側の信号受信回路は１次巻線に印加する交番電流を増加させて、２次側に適正な出力電圧値が供給されるように適宜調節することができ、非常に便利である。
【０１０４】
請求項７記載の非接触給電装置は、１次側および２次側の双方に、信号送受信回路と信号送受信用の巻線を備えて構成したので、１次側と２次側間で信号のやり取りが自由に行い得、その利用用途を拡大することができ、利便である。
【０１０５】
請求項８記載の非接触給電装置は、１次巻線に印加する交番電流に通常含まれる高調波成分を、前記１次側に備えたＬＣ共振回路によって確実に除去することができるので、２次側に送信された電気信号を２次側に備えた信号受信回路が受信する際に、前記信号受信回路が変調した電気信号成分と前記高調波成分を識別できずに、前記高調波成分を電気信号成分と誤認識してしまう問題の発生を未然に阻止することができ、非常に便利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の非接触給電装置の第１実施例を説明する回路図である。
【図２】第１実施例における非接触給電装置のスイッチング素子に入力するパルス信号を示す波形図である。
【図３】第１実施例における非接触給電装置の他の構成を示す回路図である。
【図４】本発明の非接触給電装置の第２実施例を説明する回路図である。
【図５】第２実施例における非接触給電装置のスイッチング素子に入力するパルス信号を示す波形図である。
【図６】第２実施例における非接触給電装置の他の構成を示す回路図である。
【図７】本発明に係る非接触給電装置の第３実施例を説明する回路図である。
【図８】前記非接触給電装置の１次側を構成する駆動回路の動作／停止状態の切換えを行う手段の概略構成図である。
【図９】前記非接触給電装置に電気信号の送受信機能を附加した場合の概略構成図である。
【図１０】電気信号の送受信機能を附加した非接触給電装置において、１次巻線に印加する交番電流に含まれる高調波成分を除去する共振回路を示す回路図である。
【図１１】従来の非接触給電装置を説明する回路図である。
【符号の説明】
１　交流電源
２，１３，２８　整流平滑回路
３，１４，２６　ブリッジ回路
４，１１，１５，２０，２７，４０　平滑コンデンサ
５　駆動回路
６ａ，６ｂ，４５　トランジスタ
７　スイッチングレギュレータＩＣ
８　結合トランス
９ａ，２５ａ，２９ａ　１次巻線（給電用）
９ｂ，２５ｂ，２９ｂ　２次巻線（受電用）
１０ａ　１次コア
１０ｂ　２次コア
１２，５０　ＬＣ共振回路
１６　負荷
１７　第１の定電圧回路（トランジスタ）
１８，３５　比較器
１９，３９　定電圧電源
２１，２２　抵抗
２３　入力電圧比較回路
２４　入力電圧監視回路
２５　トランス
２９　カレントトランス
３０　シャント抵抗
３１　交番電流監視回路
３２　電圧値比較回路
３３　第２の定電圧回路（トランジスタ
３４　出力電圧比較回路
４１　１次側ユニット
４２　２次側ユニット
４３　永久磁石
４４　ホールセンサ
４６　スイッチングレギュレータＩＣの発振周波数を決定するコンデンサ
４７ａ　信号送信用の巻線
４７ｂ　信号受信用の巻線
４８　信号送信回路
４９　信号受信回路
Ａ〜Ｄ　非接触給電装置

Claims (8)

1. １次側と２次側を分離可能に絶縁した磁気回路網を形成する結合トランスの電磁誘導作用により、前記１次側から２次側に非接触で電力を供給する給電装置において、前記１次側を構成する１次巻線に高周波の交番電流を印加する駆動回路への入力電圧を監視する入力電圧監視回路と、前記入力電圧監視回路の出力と三角波電圧とを比較する入力電圧比較回路、および、前記入力電圧比較回路の出力に応じてスイッチング素子のデューティー比を可変して前記駆動回路の入力を一定にする第１の定電圧回路を具備して構成したことを特徴とする非接触給電装置。
2. １次側と２次側を分離可能に絶縁した磁気回路網を形成する結合トランスの電磁誘導作用により、前記１次側から２次側に電力を非接触で供給する給電装置において、前記１次側を構成する１次巻線に印加する高周波の交番電流を電圧変換して出力する交番電流監視回路と、前記交番電流監視回路の出力電圧と三角波電圧とを比較する電圧値比較回路を具備し、前記電圧値比較回路の出力に応じて前記１次巻線に高周波の交番電流を印加する駆動回路のスイッチング素子のデューティー比を可変して、前記交番電流を一定とするように構成したことを特徴とする非接触給電装置。
3. １次側と２次側を分離可能に絶縁した磁気回路網を形成する結合トランスの電磁誘導作用により、前記１次側から２次側に電力を非接触で供給する給電装置において、前記２次側の出力電圧を監視する出力電圧監視回路と、前記出力電圧監視回路の出力電圧と三角波電圧とを比較する出力電圧比較回路、および、前記出力電圧比較回路の出力に応じてスイッチング素子のデューティー比を可変して前記出力電圧を一定とする第２の定電圧回路を具備して構成したことを特徴とする非接触給電装置。
4. １次側と２次側を分離可能に絶縁した磁気回路網を形成する結合トランスの電磁誘導作用により、前記１次側から２次側に電力を非接触で供給する給電装置において、前記２次側に永久磁石を備え、前記１次側には２次側に備えた前記永久磁石に対向する磁気センサと、該磁気センサの出力に応じて前記駆動回路の動作／停止を切り換える駆動停止回路を具備して構成したことを特徴とする非接触給電装置。
5. １次側と２次側を分離可能に絶縁した磁気回路網を形成する結合トランスの電磁誘導作用により、前記１次側から２次側に電力を非接触で供給する給電装置において、前記１次側を構成する１次コアに１次巻線とともに巻回される信号送信用の巻線と、該信号送信用の巻線に接続されて、前記磁気回路網に送信信号を重畳する送信回路を具備し、前記２次側には、該２次側を構成する２次コアに２次巻線とともに巻回される信号受信用の巻線と、前記信号受信用の巻線に接続されて、該信号受信用の巻線から受信信号を取り出す受信回路を具備して構成したことを特徴とする非接触給電装置。
6. １次側と２次側を分離可能に絶縁した磁気回路網を形成する結合トランスの電磁誘導作用により、前記１次側から２次側に電力を非接触で供給する給電装置において、前記２次側を構成する２次コアに２次巻線とともに巻回される信号送信用の巻線と、該信号送信用の巻線に接続されて、前記磁気回路網に送信信号を重畳する送信回路を具備し、１次側には、該１次側を構成する１次コアに１次巻線とともに巻回される信号受信用の巻線と、前記信号受信用の巻線に接続されて、該信号受信用の巻線から受信信号を取り出す受信回路を具備して構成したことを特徴とする非接触給電装置。
7. １次側と２次側を分離可能に絶縁した磁気回路網を形成する結合トランスの電磁誘導作用により、前記１次側から２次側に電力を非接触で供給する給電装置において、前記１，２次側を構成する１，２次コアに１，２次巻線とともに巻回される信号送受信用の巻線と、該信号送受信用の巻線に接続されて、前記磁気回路網に送信信号を重畳し、また、前記信号送受信用の巻線から受信信号を取り出す送受信回路を具備して構成したことを特徴とする非接触給電装置。
8. 請求項５ないし７記載の非接触給電装置に、前記１次側を構成する１次巻線に印加する交番電流を共振させて、前記交番電流に含まれる送受信信号の妨げとなる高調波成分を除去するＬＣ共振回路を具備して構成したことを特徴とする非接触給電装置。

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