JP2014217158A - Non-contact charging apparatus - Google Patents

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潔 小笠原
豊彦 辻本
Toyohiko Tsujimoto
豊彦 辻本
稔博 秋山
Toshihiro Akiyama
稔博 秋山
保 尾崎
Tamotsu Ozaki
保 尾崎
弘士 小原
Hiroshi Obara
弘士 小原
健一 入江
Kenichi Irie
健一 入江
昌樹 池田
Masaki Ikeda
昌樹 池田
達哉 三輪
Tatsuya Miwa
達哉 三輪
秀和 湯浅
Hidekazu Yuasa
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-contact charging apparatus capable of improving the charging efficiency and capable of handling wide range charging voltage.SOLUTION: The non-contact charging apparatus includes: a charging target apparatus 4 which includes a power receiving circuit 20 with a power receiving coil 6 and a battery charger 19 that charges a rechargeable battery based on the power output from the power receiving circuit 20; a non-contact charging section 3 which includes plural power supply coils 7a-7d capable of magnetic coupling with the power receiving coil 6, plural power supply circuits 11a-11d for supplying excitation current to the power supply coils, and a control circuit 14 that selects high speed charge or low speed charge by selecting the number of power supply circuits for supplying the excitation current power supply coils; and a base table including the non-contact charging section capable of holding the charging target apparatus 4 at a position where the power receiving coil 6 and the power supply coils 7a-7d are magnetic coupled.

Description

本発明は、充電池を備えた電動工具や、その他の電気機器の充電池を非接触状態で充電する非接触充電装置に関するものである。   The present invention relates to a non-contact charging device that charges a rechargeable battery of an electric tool equipped with a rechargeable battery or other electric devices in a non-contact state.

従来、商用電源を供給するための電源コードを具備せず、内蔵された充電池を電源として動作する仕様とした電動工具が実用化されている。このような電動工具では、電動工具の本体に設けられた金属接点に充電装置の充電端子を電気的に接続することにより、充電池を充電するようにした構成が一般的である。   2. Description of the Related Art Conventionally, there has been put into practical use an electric tool that does not have a power cord for supplying commercial power but is designed to operate using a built-in rechargeable battery as a power source. Such a power tool generally has a configuration in which a rechargeable battery is charged by electrically connecting a charging terminal of a charging device to a metal contact provided on a main body of the power tool.

このように、充電池と充電装置を機械的な接点を介して電気的に接続して充電する構成では、接点の汚れ等に起因する充電不良や充電装置の静電破壊等が発生することがある。
近年では、充電装置側に設けられる給電コイルと、電動工具側に設けられる受電コイルとを磁気結合させることにより、機械的接点を必要とすることなく非接触で充電池を充電可能とした非接触充電装置が実用化されている。
As described above, in the configuration in which the rechargeable battery and the charging device are electrically connected via the mechanical contact and charged, charging failure due to contamination of the contact, electrostatic breakdown of the charging device, or the like may occur. is there.
In recent years, a rechargeable battery can be charged in a contactless manner without requiring a mechanical contact by magnetically coupling a power supply coil provided on the charging device side and a power receiving coil provided on the power tool side. Charging devices have been put into practical use.

特許文献1には、機械的な接点を介した充電と、非接触による充電とを可能とした電池パックを備えた電動工具が開示されている。
特許文献2には、非接触により電力を供給可能とした電動工具が開示されている。
Patent Literature 1 discloses an electric tool including a battery pack that can be charged via a mechanical contact and charged in a non-contact manner.
Patent Document 2 discloses an electric tool that can supply electric power without contact.

特許文献3には、二次電池を連続充電する低出力回路と、急速充電する急速充電回路とを備えた充電装置が開示されている。
特許文献4には、通常充電と急速充電とを可能としたモバイル機器のバッテリパックの充電方法が開示されている。
Patent Document 3 discloses a charging device including a low output circuit for continuously charging a secondary battery and a quick charging circuit for rapid charging.
Patent Document 4 discloses a method for charging a battery pack of a mobile device that enables normal charging and quick charging.

特許文献5には、一般的な二次電池に対し、充電開始電圧に応じて定格急速充電と、制限急速充電とを切替える切り替え手段を備えた充電方法が開示されている。   Patent Document 5 discloses a charging method including switching means for switching between a rated quick charge and a limited quick charge according to a charge start voltage for a general secondary battery.

特開2011−34793号公報JP 2011-34793 A 特開2005−73350号公報JP 2005-73350 A 実開昭62−68427号公報Japanese Utility Model Publication No. 62-68427 特開2007−52968号公報JP 2007-52968 A 特開2001−186683号公報JP 2001-186683 A

上記のような非接触充電装置では、例えば電動工具側に設けられる受電コイルと充電装置側に設けられる給電コイルとがそれぞれ一つずつであるため、充電動作時に給電コイルと受電コイルとの相対位置がずれていると、充電効率が低下する。   In the non-contact charging device as described above, for example, since there is one power receiving coil provided on the electric tool side and one power feeding coil provided on the charging device side, the relative position between the power feeding coil and the power receiving coil during the charging operation If it is shifted, the charging efficiency decreases.

従って、充電時に電動工具を充電装置に対し適切な位置に設置するための構成及びその作業が煩雑となる。
また、給電コイルと受電コイルが一つずつであるため、充電電圧を多段階かつ広範囲に切替えることは困難であった。
Therefore, the configuration for installing the electric tool at an appropriate position with respect to the charging device during charging and the operation thereof become complicated.
In addition, since there is one feeding coil and one receiving coil, it is difficult to switch the charging voltage in multiple steps and in a wide range.

この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は充電効率の向上と、広範囲な充電電圧に対応し得る非接触充電装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a non-contact charging apparatus capable of improving charging efficiency and supporting a wide range of charging voltages.

上記課題を解決する非接触充電装置は、受電コイルを備えた受電回路と、該受電回路の出力電力に基づいて充電池を充電する充電器とを備えた被充電機器と、前記受電コイルと磁気結合可能とした複数の給電コイルと、前記給電コイルに励磁電流を供給する複数の給電回路と、前記給電コイルに励磁電流を供給する給電回路の数を選択して高速充電と低速充電を選択する制御回路とを備えた無接点充電部と、前記無接点充電部を備え、前記被充電機器の受電コイルと前記給電コイルとが磁気結合する位置で被充電機器を保持可能とした基台とを備えたことを特徴とする。   A contactless charging apparatus that solves the above problems includes a power receiving circuit including a power receiving coil, a charged device including a charger that charges a rechargeable battery based on output power of the power receiving circuit, the power receiving coil, and a magnetic device. Select a plurality of power supply coils that can be coupled, a plurality of power supply circuits that supply an excitation current to the power supply coil, and a number of power supply circuits that supply the excitation current to the power supply coil to select high-speed charging and low-speed charging A non-contact charging unit including a control circuit, and a base including the non-contact charging unit and capable of holding the charged device at a position where the power receiving coil and the power feeding coil of the charged device are magnetically coupled. It is characterized by having.

また、上記構成において、前記無接点充電部は、前記各給電コイルと前記受電コイルとの間隔に基づく検知電圧を出力する電圧検出回路を備え、前記制御回路は、低速充電時に前記検知電圧に基づいて受電コイルとの間隔が小さい給電コイルに励磁電流を供給することが好ましい。   Further, in the above configuration, the contactless charging unit includes a voltage detection circuit that outputs a detection voltage based on an interval between each of the power feeding coils and the power receiving coil, and the control circuit is based on the detection voltage during low-speed charging. Therefore, it is preferable to supply the exciting current to the power feeding coil having a small distance from the power receiving coil.

また、上記構成において、前記制御回路は、前記充電池の残存電圧に応じて、同時に動作させる前記給電回路の数を選択することが好ましい。
また、上記構成において、前記制御回路は、前記複数の給電回路を同時に駆動するとき、各給電コイルに同一周波数で異なる位相の励磁電流を供給することが好ましい。
In the above configuration, it is preferable that the control circuit selects the number of the power feeding circuits to be operated simultaneously according to the remaining voltage of the rechargeable battery.
In the above configuration, it is preferable that the control circuit supplies excitation currents having different phases at the same frequency to each of the power supply coils when simultaneously driving the plurality of power supply circuits.

また、上記構成において、前記複数の給電コイルは、前記基台に保持された被充電機器の受電コイルに対し、同一間隔となるように設置可能とすることが好ましい。
また、上記構成において、前記受電回路には、前記受電コイルの共振周波数を切替える切替装置を備えることが好ましい。
In the above configuration, it is preferable that the plurality of power feeding coils can be installed at the same interval with respect to the power receiving coil of the device to be charged held on the base.
In the above configuration, it is preferable that the power receiving circuit includes a switching device that switches a resonance frequency of the power receiving coil.

本発明の非接触充電装置によれば、充電効率を向上させることができるとともに、広範囲な充電電圧に対応することができる。   According to the non-contact charging apparatus of the present invention, charging efficiency can be improved and a wide range of charging voltages can be handled.

非接触充電装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a non-contact charging device. 受電コイルを示す斜視図である。It is a perspective view which shows a receiving coil. 受電コイルと給電コイルを示す側面図である。It is a side view which shows a receiving coil and a feeding coil. (a)(b)は給電コイルのコアを示す斜視図である。(A) and (b) are perspective views which show the core of a feeding coil. 非接触充電装置の電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric constitution of a non-contact charging device. 給電回路で検知する検知電圧を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the detection voltage detected with an electric power feeding circuit. 給電回路及び受電回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows a power feeding circuit and a power receiving circuit. 第一の実施形態の制御回路の動作を示すタイミング波形図である。It is a timing waveform diagram which shows operation | movement of the control circuit of 1st embodiment. 第一の実施形態の受電回路の出力電圧特性図である。It is an output voltage characteristic view of the power receiving circuit of the first embodiment. 第一の実施形態の受電回路の出力電力特性図である。It is an output electric power characteristic figure of the receiving circuit of 1st embodiment. 第二の実施形態の制御回路の動作を示すタイミング波形図である。It is a timing waveform diagram which shows operation | movement of the control circuit of 2nd embodiment. 第二の実施形態の受電回路の出力電圧特性図である。It is an output voltage characteristic view of the power receiving circuit of the second embodiment. 第二の実施形態の受電回路の出力電力特性図である。It is an output electric power characteristic figure of the power receiving circuit of 2nd embodiment. 第三の実施形態の制御回路の動作を示すタイミング波形図である。It is a timing waveform diagram which shows operation | movement of the control circuit of 3rd embodiment. 第三の実施形態の受電回路の出力電圧特性図である。It is an output voltage characteristic view of the power receiving circuit of the third embodiment. 第三の実施形態の受電回路の出力電力特性図である。It is an output electric power characteristic figure of the power receiving circuit of 3rd embodiment.

(第一の実施形態)
以下、非接触充電装置の第一の実施形態を図1〜図10に従って説明する。
図1に示す非接触充電装置は、本体ケース1の基台2の一端側に無接点充電部3が設けられ、その無接点充電部3に工具4の基端側のグリップ部5を挿通可能となっている。工具4は、この実施形態では充電式ドリルドライバーである。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of a non-contact charging apparatus will be described with reference to FIGS.
The non-contact charging apparatus shown in FIG. 1 is provided with a non-contact charging unit 3 on one end side of a base 2 of a main body case 1, and a grip unit 5 on the base end side of a tool 4 can be inserted into the non-contact charging unit 3. It has become. The tool 4 is a rechargeable drill driver in this embodiment.

図2に示すように、前記グリップ部5内には受電コイル6が配設されている。この受電コイル6は、その軸心がグリップ部5の軸心と一致する方向に配設されている。
また、図3に示すように、前記無接点充電部3には、前記グリップ部5の周囲に4つの給電コイル7a〜7dがグリップ部5の周方向に沿って等間隔に配設されている。
As shown in FIG. 2, a power receiving coil 6 is disposed in the grip portion 5. The power receiving coil 6 is disposed in a direction in which the axial center thereof coincides with the axial center of the grip portion 5.
As shown in FIG. 3, in the contactless charging unit 3, four power supply coils 7 a to 7 d are arranged around the grip unit 5 at equal intervals along the circumferential direction of the grip unit 5. .

図4(a)に示すように、各給電コイル7a〜7dは板状のコア8に電線9を巻装して形成され、各給電コイル7a〜7d及び前記受電コイル6の軸心が平行となるように配設されている。   As shown in FIG. 4A, each of the feeding coils 7a to 7d is formed by winding a wire 9 around a plate-shaped core 8, and the axis of each of the feeding coils 7a to 7d and the receiving coil 6 is parallel. It is arranged to become.

そして、給電コイル7a〜7dの少なくとも一つにあらかじめ設定された周波数の励磁電流が供給されると、給電コイル7a〜7dと受電コイル6との磁気結合に基づいて受電コイル6に電磁誘導電流が発生する。この電磁誘導電流に基づいて、工具4に内蔵されている充電池が充電される。   When an excitation current having a preset frequency is supplied to at least one of the feeding coils 7 a to 7 d, an electromagnetic induction current is generated in the receiving coil 6 based on the magnetic coupling between the feeding coils 7 a to 7 d and the receiving coil 6. Occur. Based on this electromagnetic induction current, the rechargeable battery built in the tool 4 is charged.

次に、上記のような非接触充電装置の電気的構成を説明する。
図5に示すように、前記本体ケース1の無接点充電部3には電源回路10、第一〜第四の給電回路11a〜11d、電圧検出回路12、信号処理回路13、制御回路14、駆動回路15が設けられている。
Next, the electrical configuration of the non-contact charging apparatus as described above will be described.
As shown in FIG. 5, the contactless charging unit 3 of the main body case 1 includes a power supply circuit 10, first to fourth power supply circuits 11a to 11d, a voltage detection circuit 12, a signal processing circuit 13, a control circuit 14, and a drive. A circuit 15 is provided.

電源回路10では、商用電源ACの供給に基づいて直流電源電圧Vdが生成され、その直流電源電圧Vdが前記第一〜第四の給電回路11a〜11d、電圧検出回路12、信号処理回路13、制御回路14、駆動回路15に供給される。   In the power supply circuit 10, a DC power supply voltage Vd is generated based on the supply of the commercial power supply AC, and the DC power supply voltage Vd is the first to fourth power supply circuits 11 a to 11 d, the voltage detection circuit 12, the signal processing circuit 13, It is supplied to the control circuit 14 and the drive circuit 15.

前記第一〜第四の給電回路11a〜11dは、前記電源回路10から供給される直流電源電圧Vdに基づいて高周波励磁信号を生成して前記給電コイル7a〜7dにそれぞれ供給する機能を供え、前記駆動回路15からの駆動信号に基づいて高周波励磁信号を給電コイル7a〜7dに供給する。   The first to fourth power supply circuits 11a to 11d have a function of generating a high frequency excitation signal based on the DC power supply voltage Vd supplied from the power supply circuit 10 and supplying the high frequency excitation signal to the power supply coils 7a to 7d, respectively. Based on the drive signal from the drive circuit 15, a high frequency excitation signal is supplied to the power supply coils 7a to 7d.

前記電圧検出回路12は、前記第一〜第四の給電回路11a〜11dから出力される検知電圧を検出して、前記信号処理回路13に出力する。
前記第一〜第四の給電回路11a〜11dは、高周波励磁信号を生成していないとき、前記無接点充電部3での受電コイル6の有無と、受電コイル6との距離とを前記給電コイル7a〜7dと受電コイル6との間の相互インダクタンスに基づいて検出して、電圧検出回路12に出力する。
The voltage detection circuit 12 detects the detection voltage output from the first to fourth power feeding circuits 11 a to 11 d and outputs the detection voltage to the signal processing circuit 13.
When the first to fourth power feeding circuits 11a to 11d are not generating a high frequency excitation signal, the power feeding coil determines whether or not the power receiving coil 6 is present in the contactless charging unit 3 and the distance from the power receiving coil 6. Detection is performed based on the mutual inductance between 7 a to 7 d and the power receiving coil 6, and the detected voltage is output to the voltage detection circuit 12.

図6に示すように、各給電コイル7a〜7dと受電コイル6との間隔の大小に応じて、検知電圧Vdet1,Vdet2が検出され、給電コイル7a〜7dと受電コイル6との間隔が大きいほど検知電圧Vdet1,Vdet2の電圧が高くなる。同図において、検知電圧Vdet1を検出する給電回路に接続されされた給電コイルは、検知電圧Vdet2を検出する給電回路に接続されされた給電コイルより受電コイルとの間隔が大きいことを示す。   As shown in FIG. 6, detection voltages Vdet1 and Vdet2 are detected according to the size of the distance between each of the power feeding coils 7a to 7d and the power receiving coil 6, and the larger the distance between the power feeding coils 7a to 7d and the power receiving coil 6 is. The detection voltages Vdet1 and Vdet2 are increased. In the figure, the power supply coil connected to the power supply circuit that detects the detection voltage Vdet1 has a larger distance from the power reception coil than the power supply coil connected to the power supply circuit that detects the detection voltage Vdet2.

また、無接点充電部3に工具4が載置されていない場合には、各給電回路11a〜11dでは検知電圧Vdet1,Vdet2より高い検知電圧Vdet3が検出される。
各給電コイル7a〜7d毎に検出された検知電圧は、電圧検出回路12から信号処理回路13に出力される。信号処理回路13では、あらかじめ設定されたしきい値Vtと入力された検知電圧とを比較し、無接点充電部3での受電コイル6の有無を検出するとともに、受電コイル6が存在する場合には各給電コイル7a〜7dと受電コイル6との間隔の大小を検出して制御回路14に出力する。
Further, when the tool 4 is not placed on the contactless charging unit 3, the power supply circuits 11a to 11d detect the detection voltage Vdet3 higher than the detection voltages Vdet1 and Vdet2.
The detection voltage detected for each of the power supply coils 7 a to 7 d is output from the voltage detection circuit 12 to the signal processing circuit 13. The signal processing circuit 13 compares the preset threshold value Vt with the input detection voltage to detect the presence or absence of the power receiving coil 6 in the contactless charging unit 3 and when the power receiving coil 6 is present. Detects the size of the interval between each of the power feeding coils 7 a to 7 d and the power receiving coil 6 and outputs the detected magnitude to the control circuit 14.

例えば、各給電回路11a〜11dで検出された検知電圧がしきい値Vtより高い電圧となる前記検知電圧Vdet3であれば、無接点充電部3に工具4が載置されていないことを検出する。また、各給電回路11a〜11dで検出された検知電圧がしきい値Vtより低い検知電圧であれば、各給電コイル7a〜7dと受電コイル6との間隔の大小を検出し、これらの検出信号を制御回路14に出力する。   For example, if the detection voltage detected by each of the power supply circuits 11a to 11d is the detection voltage Vdet3 that is higher than the threshold value Vt, it is detected that the tool 4 is not placed on the contactless charging unit 3. . Further, if the detection voltage detected by each of the power supply circuits 11a to 11d is a detection voltage lower than the threshold value Vt, the size of the interval between each of the power supply coils 7a to 7d and the power reception coil 6 is detected, and these detection signals are detected. Is output to the control circuit 14.

前記制御回路14は、あらかじめ設定されたプログラムに基づいて動作するマイコンで形成され、信号処理回路13から出力される検出信号に基づいて、前記駆動回路15を介して前記第一〜第四の給電回路11a〜11dのすべて、あるいは一部を選択して駆動する。   The control circuit 14 is formed by a microcomputer that operates based on a preset program, and the first to fourth power feeds via the drive circuit 15 based on a detection signal output from the signal processing circuit 13. All or some of the circuits 11a to 11d are selected and driven.

前記グリップ部5には、前記受電コイル6を備えた受電回路20が内蔵されている。前記工具4のグリップ部5が無接点充電部3に載置されると、前記給電コイル7a〜7dと受電コイル6とで磁気結合回路が構成され、給電コイル7a〜7dの少なくともいずれかに励磁電流が供給されると、受電コイル6に誘導電流が発生する。   The grip portion 5 includes a power receiving circuit 20 including the power receiving coil 6. When the grip part 5 of the tool 4 is placed on the contactless charging part 3, the power supply coils 7a to 7d and the power reception coil 6 form a magnetic coupling circuit, and at least one of the power supply coils 7a to 7d is excited. When a current is supplied, an induced current is generated in the power receiving coil 6.

前記受電コイル6は整合回路16に接続される。整合回路16は、受電コイル6とともに共振回路を構成するコンデンサを備え、その共振周波数を中心とした交流電流信号を整流平滑回路17に出力する。   The power receiving coil 6 is connected to a matching circuit 16. The matching circuit 16 includes a capacitor that forms a resonance circuit together with the power receiving coil 6, and outputs an alternating current signal centered on the resonance frequency to the rectifying and smoothing circuit 17.

整流平滑回路17は、整合回路16から出力される交流電流を整流及び平滑して直流電流を生成し、出力電圧安定化回路18に出力する。
出力電圧安定化回路18は、整流平滑回路17から出力される直流電流を定電流化して充電器19に出力し、充電器19は供給された定電流で充電池を充電する。また、充電器19は充電池の残存電圧を検知して、残存電圧に応じた電圧検出信号を、フォトカプラを介して前記制御回路14に出力可能となっている。
The rectifying / smoothing circuit 17 rectifies and smoothes the alternating current output from the matching circuit 16 to generate a direct current, and outputs the direct current to the output voltage stabilizing circuit 18.
The output voltage stabilizing circuit 18 converts the direct current output from the rectifying and smoothing circuit 17 to a constant current and outputs the constant current to the charger 19. The charger 19 charges the rechargeable battery with the supplied constant current. The charger 19 can detect the remaining voltage of the rechargeable battery and output a voltage detection signal corresponding to the remaining voltage to the control circuit 14 via a photocoupler.

次に、前記第一〜第四の給電回路11a〜11dと前記受電回路20の具体的構成を説明する。
図7に示すように、第一〜第四の給電回路11a〜11dは同一構成であるので、第一の給電回路11aについてのみ説明する。前記電源回路10から供給される直流電源電圧Vdは、NチャネルMOSトランジスタT1,T2のドレインに供給され、同トランジスタT1,T2のソースはNチャネルMOSトランジスタT3,T4のドレインにそれぞれ接続されている。また、NチャネルMOSトランジスタT3,T4のソースはグランドGNDに接続されている。
Next, specific configurations of the first to fourth power feeding circuits 11a to 11d and the power receiving circuit 20 will be described.
As shown in FIG. 7, since the first to fourth power supply circuits 11a to 11d have the same configuration, only the first power supply circuit 11a will be described. The DC power supply voltage Vd supplied from the power supply circuit 10 is supplied to the drains of the N-channel MOS transistors T1 and T2, and the sources of the transistors T1 and T2 are connected to the drains of the N-channel MOS transistors T3 and T4, respectively. . The sources of the N channel MOS transistors T3 and T4 are connected to the ground GND.

前記トランジスタT1,T3のソース・ドレインとトランジスタT2,T4のソース・ドレインとの間には、前記給電コイル7aとコンデンサC1が直列に接続されている。
前記各トランジスタT1〜T4のゲートには、前記駆動回路15から駆動信号A,Bが入力される。そして、トランジスタT1,T4に同相の駆動信号Aが入力され、トランジスタT2,T3に同相の駆動信号Bが入力される。
Between the source / drain of the transistors T1, T3 and the source / drain of the transistors T2, T4, the feeding coil 7a and the capacitor C1 are connected in series.
Drive signals A and B are input from the drive circuit 15 to the gates of the transistors T1 to T4. Then, the in-phase drive signal A is input to the transistors T1 and T4, and the in-phase drive signal B is input to the transistors T2 and T3.

図8に示すように、駆動信号A,Bはあらかじめ設定された周波数で交互にHレベルとなる信号であり、トランジスタT1,T4と、トランジスタT2,T3が交互にオンされる。   As shown in FIG. 8, the drive signals A and B are signals that alternately become H level at a preset frequency, and the transistors T1 and T4 and the transistors T2 and T3 are alternately turned on.

このような動作により、給電コイル7aにはあらかじめ設定された周波数の励磁電流が供給される。
第二〜第四の給電回路11b〜11dも同一構成であるとともに、この実施形態では各給電回路に供給される駆動信号A,Bは同一周波数及び同位相である。
By such an operation, an exciting current having a preset frequency is supplied to the feeding coil 7a.
The second to fourth power supply circuits 11b to 11d have the same configuration, and in this embodiment, the drive signals A and B supplied to the power supply circuits have the same frequency and the same phase.

前記受電回路20は、前記受電コイル6が整合回路16に接続される。整合回路16は、受電コイル6の一端に複数のコンデンサC2〜C4がそれぞれスイッチ素子T5〜T7を介して並列に接続されている。各コンデンサC2〜C4はそれぞれ異なる容量を備え、例えば1nF、50nF、120nFに設定されている。   In the power receiving circuit 20, the power receiving coil 6 is connected to a matching circuit 16. In the matching circuit 16, a plurality of capacitors C2 to C4 are connected in parallel to one end of the power receiving coil 6 via switch elements T5 to T7, respectively. The capacitors C2 to C4 have different capacities, and are set to 1 nF, 50 nF, and 120 nF, for example.

各スイッチ素子T5〜T7は、例えばフォトトランジスタで構成され、前記駆動回路15から出力される選択信号に基づいて無接点充電部に設けられるフォトカプラ素子が動作することにより、各スイッチ素子T5〜T7のオン・オフ動作が制御される。   Each of the switch elements T5 to T7 is composed of, for example, a phototransistor, and the switch element T5 to T7 is operated by the operation of a photocoupler element provided in the contactless charging unit based on a selection signal output from the drive circuit 15. ON / OFF operation is controlled.

従って、スイッチ素子T5〜T7のいずれかを選択して導通させることにより、受電コイル6に接続するコンデンサC2〜C4、すなわち容量値を調整して、受電コイル6とコンデンサC2〜C4のいずれかで設定される共振周波数を調整可能となっている。   Therefore, by selecting any one of the switch elements T5 to T7 and making them conductive, the capacitors C2 to C4 connected to the power receiving coil 6, that is, the capacitance value is adjusted, and either the power receiving coil 6 or the capacitors C2 to C4 are used. The set resonance frequency can be adjusted.

整合回路16から出力される交流電流は、全波整流回路と、コンデンサC5で構成される整流平滑回路17で平滑されて、出力電圧安定化回路18に出力される。出力電圧安定化回路18は、ベース電圧が定電圧化されたNPNトランジスタの動作により、充電器19に定電流を供給する。   The alternating current output from the matching circuit 16 is smoothed by a rectifying / smoothing circuit 17 including a full-wave rectifier circuit and a capacitor C5, and output to the output voltage stabilizing circuit 18. The output voltage stabilization circuit 18 supplies a constant current to the charger 19 by the operation of the NPN transistor whose base voltage is constant.

次に、上記のように構成された非接触充電装置の作用を説明する。
基台2の無接点充電部3に工具4のグリップ部5を挿入した状態で、グリップ部5に内蔵される充電池を高速充電する場合、すなわち充電池の残存電圧があらかじめ設定された電圧レベルより低い場合には、制御回路14は駆動回路15を介して第一〜第四の給電回路11a〜11dをすべて同一周波数及び同位相で動作させる。
Next, the operation of the non-contact charging apparatus configured as described above will be described.
When the rechargeable battery built in the grip portion 5 is charged at high speed with the grip portion 5 of the tool 4 inserted into the non-contact charging portion 3 of the base 2, that is, the voltage level at which the remaining voltage of the rechargeable battery is set in advance. If lower, the control circuit 14 operates all of the first to fourth power feeding circuits 11a to 11d through the driving circuit 15 with the same frequency and the same phase.

すると、各給電コイル7a〜7dに励磁電流が流れ、その励磁電流に基づいて受電回路20の受電コイル6に誘導電流が発生する。そして、その誘導電流に基づいて整合回路16、整流平滑回路17、出力電圧安定化回路18を介して生成された直流電流が充電器19に供給されて、充電池が充電される。   Then, an exciting current flows through each of the power feeding coils 7a to 7d, and an induced current is generated in the power receiving coil 6 of the power receiving circuit 20 based on the exciting current. Then, the direct current generated through the matching circuit 16, the rectifying / smoothing circuit 17, and the output voltage stabilizing circuit 18 based on the induced current is supplied to the charger 19, and the rechargeable battery is charged.

このような高速充電動作では、4つの給電コイル7a〜7dと受電コイル6の磁気結合により、受電コイル6に誘起される出力電圧が上昇するとともに、誘導電流が増大する。従って、充電池の充電時間が短縮される。   In such a high-speed charging operation, the output voltage induced in the power receiving coil 6 increases and the induced current increases due to the magnetic coupling of the four power feeding coils 7a to 7d and the power receiving coil 6. Therefore, the charging time of the rechargeable battery is shortened.

一方、充電池の残存電圧があらかじめ設定された電圧レベルより高い場合には、制御回路14により低速充電が選択され、第一〜第四の給電回路11a〜11dのいずれか一つが選択されて駆動される。   On the other hand, when the remaining voltage of the rechargeable battery is higher than a preset voltage level, the low speed charging is selected by the control circuit 14, and any one of the first to fourth power feeding circuits 11a to 11d is selected and driven. Is done.

このとき、図3に鎖線で示すように、グリップ部5の載置位置のずれにより、受電コイル6が例えば給電コイル7a側にずれている場合には、制御回路14は第一〜第四の給電回路11a〜11dから電圧検出回路12に出力される検知電圧により、給電コイル7aが受電コイル6に最も近いことを検知する。そして、第一の給電回路11aのみを駆動して給電コイル7aにのみ励磁電流を供給することにより低速充電を行う。   At this time, as shown by a chain line in FIG. 3, when the power receiving coil 6 is shifted to the power feeding coil 7 a side due to the shift of the mounting position of the grip portion 5, the control circuit 14 has first to fourth. The detection voltage output from the power supply circuits 11 a to 11 d to the voltage detection circuit 12 detects that the power supply coil 7 a is closest to the power reception coil 6. Then, low-speed charging is performed by driving only the first power supply circuit 11a and supplying an excitation current only to the power supply coil 7a.

そして、充電池があらかじめ設定された電圧まで充電されると、制御回路14は充電動作を終了する。
また、例えば2つの給電コイルと受電コイル6との間隔がほぼ同一であれば、あらかじめ設定されたプログラムに基づいていずれか一方の給電コイルが選択されて励磁電流が供給される。
When the rechargeable battery is charged to a preset voltage, the control circuit 14 ends the charging operation.
For example, if the distance between the two power supply coils and the power reception coil 6 is substantially the same, either one of the power supply coils is selected based on a preset program and an exciting current is supplied.

高速充電と低速充電の選択以外にも、制御回路14で駆動する給電回路の数を適宜に選択することにより、受電回路20の出力電圧を段階的に調節可能である。
図9は、第一〜第四の給電回路11a〜11dのうち1つの給電回路を選択して駆動する場合の受電回路20の出力電圧Vo1と、2つの給電回路を選択して駆動する場合における受電回路20の出力電圧Vo2を示す。なお、受電回路20の負荷を100Ωとした場合の数値を示す。
In addition to the selection of high-speed charging and low-speed charging, the output voltage of the power receiving circuit 20 can be adjusted stepwise by appropriately selecting the number of power feeding circuits driven by the control circuit 14.
FIG. 9 shows the output voltage Vo1 of the power receiving circuit 20 when one power feeding circuit is selected and driven from the first to fourth power feeding circuits 11a to 11d, and the case where two power feeding circuits are selected and driven. The output voltage Vo2 of the power receiving circuit 20 is shown. In addition, the numerical value when the load of the power receiving circuit 20 is 100Ω is shown.

同図に示すように、給電回路を75kHzで駆動する場合には、1つの給電回路のみを駆動する場合の受電回路20の出力電圧Vo1は約40Vであるのに対し、2つの給電回路を駆動する場合の受電回路20の出力電圧Vo2は約75Vとなる。   As shown in the figure, when the power feeding circuit is driven at 75 kHz, the output voltage Vo1 of the power receiving circuit 20 when only one power feeding circuit is driven is about 40 V, whereas the two power feeding circuits are driven. In this case, the output voltage Vo2 of the power receiving circuit 20 is about 75V.

また、図10に示すように、上記と同条件での受電回路20の出力電力は、1つの給電回路のみを駆動する場合の出力電力Wo1は約16Wであるのに対し、2つの給電回路を駆動する場合の出力電力Wo2は約56Wとなる。   Further, as shown in FIG. 10, the output power of the power receiving circuit 20 under the same conditions as described above is about 16 W when driving only one power feeding circuit, whereas two power feeding circuits are used. The output power Wo2 when driving is about 56W.

上記のような非接触充電装置では、次に示す効果を得ることができる。
(1)受電コイル6に対し複数の給電コイル7a〜7dを磁気結合させて、受電コイル6に誘起電圧を発生させることができるので、受電回路20の出力電圧及び出力電力を向上させることができる。
(2)励磁電流を供給する給電コイルの数を選択することにより、受電回路20の出力電圧及び出力電力を調整することができる。
(3)励磁電流を供給する給電コイルの数を選択することにより、受電回路20で充電する充電池を高速あるいは低速で充電することができる。
(4)低速充電時に4つの給電コイル7a〜7dの中から1つの給電コイルを選択する場合、第一〜第四の給電回路11a〜11dから電圧検出回路に出力される検知電圧に基づいて、受電コイルに最も近接して位置する給電コイルを選択して励磁電流を供給することができる。従って、工具4のグリップ部5が無接点充電部3内の正常な充電位置からずれた場合にも、低速充電動作を効率よく行うことができる。
(5)励磁電流を供給する給電コイルの数を1つから4つの間で適宜に調整することにより、受電回路20の出力電圧及び出力電力を4段階に調整することができる。従って、充電電圧の異なる工具の充電動作にも対応することができる。
(第二の実施形態)
図11〜図13は、第二の実施形態を示す。この実施形態は、第一の実施形態の制御回路14の機能に加えて、選択して励磁する給電コイルを位相の異なる励磁電流で励磁する機能を追加したものである。無接点充電部3及び工具4の電気的構成は第一の実施形態と同様であるので、同一符号を付して説明する。
In the non-contact charging apparatus as described above, the following effects can be obtained.
(1) Since a plurality of power supply coils 7a to 7d can be magnetically coupled to the power receiving coil 6 to generate an induced voltage in the power receiving coil 6, the output voltage and output power of the power receiving circuit 20 can be improved. .
(2) The output voltage and output power of the power receiving circuit 20 can be adjusted by selecting the number of power supply coils that supply the excitation current.
(3) By selecting the number of feeding coils that supply the exciting current, the rechargeable battery charged by the power receiving circuit 20 can be charged at high speed or low speed.
(4) When one feeding coil is selected from the four feeding coils 7a to 7d during low-speed charging, based on the detection voltage output from the first to fourth feeding circuits 11a to 11d to the voltage detection circuit, An exciting current can be supplied by selecting a feeding coil located closest to the power receiving coil. Therefore, even when the grip portion 5 of the tool 4 is deviated from the normal charging position in the contactless charging portion 3, the low-speed charging operation can be performed efficiently.
(5) The output voltage and output power of the power receiving circuit 20 can be adjusted in four stages by appropriately adjusting the number of feeding coils that supply the excitation current between one and four. Therefore, it is possible to cope with the charging operation of tools having different charging voltages.
(Second embodiment)
11 to 13 show a second embodiment. In this embodiment, in addition to the function of the control circuit 14 of the first embodiment, a function of exciting a feeding coil to be selectively excited with excitation currents having different phases is added. Since the electrical configurations of the contactless charging unit 3 and the tool 4 are the same as those in the first embodiment, the same reference numerals are used for explanation.

図11に示すように、例えば第一の給電回路11aと第二の給電回路11bを駆動して、給電コイル7a,7bに励磁電流を供給するとき、第一の給電回路11aと第二の給電回路11bに位相差Pxを有する異なる位相の駆動信号A,Bを供給する。   As shown in FIG. 11, for example, when the first power supply circuit 11a and the second power supply circuit 11b are driven and the exciting current is supplied to the power supply coils 7a and 7b, the first power supply circuit 11a and the second power supply circuit are supplied. Driving signals A and B having different phases having a phase difference Px are supplied to the circuit 11b.

図12は、2つの給電回路を異なる位相の駆動信号A,Bで駆動した場合の受電回路20の出力電圧Vo3を示す。なお、受電回路20の負荷を100Ωとした場合の数値を示す。   FIG. 12 shows the output voltage Vo3 of the power receiving circuit 20 when the two power feeding circuits are driven by the driving signals A and B having different phases. In addition, the numerical value when the load of the power receiving circuit 20 is 100Ω is shown.

同図に示すように、給電回路を75kHzで駆動する場合には、2つの給電回路に供給する駆動信号の位相差を0〜7μsまで変化させると、受電回路20の出力電圧Vo3を0〜75Vの範囲で制御可能となる。   As shown in the figure, when the power feeding circuit is driven at 75 kHz, the output voltage Vo3 of the power receiving circuit 20 is changed to 0 to 75 V when the phase difference between the drive signals supplied to the two power feeding circuits is changed to 0 to 7 μs. It becomes possible to control within the range.

また、図13に示すように、上記と同条件での受電回路20の出力電力Wo3は、0〜60Wの範囲で制御可能となる。
上記のような非接触充電装置では、第一の実施形態で得られた効果に加えて、次に示す効果を得ることができる。
(1)複数の給電コイルに供給する励磁電流の位相を調整することにより、受電回路20の出力電流及び出力電力を調整することができる。
(2)励磁電流を供給する給電コイルの数の調整に加えて、2つ以上の給電コイルに供給する励磁電流の位相を調整することにより、受電回路20の出力電圧及び出力電力を、給電コイルの数の調整による段階的な調整に加えて、位相の調整により連続的に調整することができる。
(第三の実施形態)
図14〜図16は、第三の実施形態を示す。この実施形態は、第一の実施形態の制御回路14の機能に加えて、整合回路16のコンデンサC2〜C4のいずれかを選択して、受電コイル6との共振周波数を変更することにより、受電回路20の出力電圧及び出力電力を調整するようにしたものである。無接点充電部3及び工具4の電気的構成は第一の実施形態と同様であるので、同一符号を付して説明する。
Further, as shown in FIG. 13, the output power Wo3 of the power receiving circuit 20 under the same conditions as described above can be controlled in the range of 0 to 60W.
In the non-contact charging apparatus as described above, the following effects can be obtained in addition to the effects obtained in the first embodiment.
(1) The output current and output power of the power receiving circuit 20 can be adjusted by adjusting the phase of the excitation current supplied to the plurality of power supply coils.
(2) In addition to the adjustment of the number of power supply coils that supply the excitation current, the output voltage and output power of the power receiving circuit 20 are adjusted by adjusting the phase of the excitation current supplied to two or more power supply coils. In addition to the stepwise adjustment by adjusting the number of the signals, it is possible to adjust continuously by adjusting the phase.
(Third embodiment)
14 to 16 show a third embodiment. In this embodiment, in addition to the function of the control circuit 14 of the first embodiment, any one of the capacitors C2 to C4 of the matching circuit 16 is selected and the resonance frequency with the power receiving coil 6 is changed, thereby receiving power. The output voltage and output power of the circuit 20 are adjusted. Since the electrical configurations of the contactless charging unit 3 and the tool 4 are the same as those in the first embodiment, the same reference numerals are used for explanation.

図14に示すように、制御回路14から選択信号S1が出力されるとスイッチ素子T5が導通状態となって受電コイル6と全波整流回路との間に1nFの容量値を備えたコンデンサC2が接続される状態となる。   As shown in FIG. 14, when the selection signal S1 is output from the control circuit 14, the switch element T5 becomes conductive, and a capacitor C2 having a capacitance value of 1 nF is provided between the power receiving coil 6 and the full-wave rectifier circuit. Connected.

同様に、制御回路14から選択信号S2が出力されるとスイッチ素子T6が導通状態となって受電コイル6と全波整流回路との間に50nFの容量値を備えたコンデンサC3が接続される状態となる。   Similarly, when the selection signal S2 is output from the control circuit 14, the switch element T6 becomes conductive, and the capacitor C3 having a capacitance value of 50 nF is connected between the power receiving coil 6 and the full-wave rectifier circuit. It becomes.

また、制御回路14から選択信号S3が出力されるとスイッチ素子T7が導通状態となって受電コイル6と全波整流回路との間に120nFの容量値を備えたコンデンサC4が接続される状態となる。   When the selection signal S3 is output from the control circuit 14, the switch element T7 becomes conductive, and the capacitor C4 having a capacitance value of 120 nF is connected between the power receiving coil 6 and the full-wave rectifier circuit. Become.

図15は、1つあるいは2つの給電コイルに励磁電流を供給する場合に、受電コイル6に接続するコンデンサを切り替えた場合の出力電圧Vo4,Vo5を示す。なお、受電回路20の負荷を100Ωとし、各給電コイルの励磁電流周波数を75kHzとした場合の数値を示す。   FIG. 15 shows output voltages Vo4 and Vo5 when the capacitor connected to the power receiving coil 6 is switched when an exciting current is supplied to one or two power feeding coils. In addition, the numerical value when the load of the power receiving circuit 20 is 100Ω and the exciting current frequency of each feeding coil is 75 kHz is shown.

1つの給電コイルを励磁する場合に、コンデンサC2〜C4を切り替えると、出力電圧Vo4は2v、35V、41Vと変化する。
また、2つの給電コイルを励磁する場合に、コンデンサC2〜C4を切り替えると、出力電圧Vo5は3v、62V、75Vと変化する。
When the capacitors C2 to C4 are switched when exciting one power supply coil, the output voltage Vo4 changes to 2v, 35V, and 41V.
Further, when the capacitors C2 to C4 are switched when two power supply coils are excited, the output voltage Vo5 changes to 3v, 62V, and 75V.

また、図16に示すように、上記と同条件で1つの給電コイルを励磁する場合の受電回路20の出力電力Wo4は、0W、10W、17Wとなる。
2つの給電コイルを励磁する場合の受電回路20の出力電力Wo5は、0W、38W、56Wとなる。
Also, as shown in FIG. 16, the output power Wo4 of the power receiving circuit 20 when one power supply coil is excited under the same conditions as described above is 0 W, 10 W, and 17 W.
When the two power supply coils are excited, the output power Wo5 of the power receiving circuit 20 is 0 W, 38 W, and 56 W.

上記のような非接触充電装置では、第一の実施形態で得られた効果に加えて、次に示す効果を得ることができる。
(1)受電コイル6に接続するコンデンサの容量を切り替えて共振周波数を調整することにより、受電回路20の出力電圧及び出力電力を調整することができる。
(2)励磁電流を供給する給電コイルの数の調整に加えて、受電コイル6の共振周波数を調整することにより、受電回路20の出力電圧及び出力電力を、給電コイルの数の調整による段階的な調整に加えて、共振周波数の調整によっても調整することができる。
In the non-contact charging apparatus as described above, the following effects can be obtained in addition to the effects obtained in the first embodiment.
(1) The output voltage and output power of the power receiving circuit 20 can be adjusted by switching the capacitance of the capacitor connected to the power receiving coil 6 and adjusting the resonance frequency.
(2) In addition to the adjustment of the number of power supply coils that supply the excitation current, the output voltage and output power of the power reception circuit 20 are adjusted stepwise by adjusting the number of power supply coils by adjusting the resonance frequency of the power reception coil 6. In addition to the simple adjustment, the resonance frequency can also be adjusted.

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・図4(b)に示すように、給電コイルのコア8は半円筒状としてもよい。
・電動工具以外の電気機器の非接触充電装置として私用することもできる。・
In addition, you may change the said embodiment as follows.
-As shown in FIG.4 (b), the core 8 of a feed coil is good also as a semi-cylinder shape.
-It can also be used privately as a non-contact charging device for electrical equipment other than electric tools.・

1…本体ケース、2…基台、3…無接点充電部、4…被充電機器(工具)、6…受電コイル、7a〜7d…給電コイル、11a〜11d…給電回路、12…電圧検出回路、14…制御回路、19…充電器、20…受電回路、C2〜C4…切替装置、T5〜T7…切替装置(スイッチ素子)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Main body case, 2 ... Base, 3 ... Non-contact charge part, 4 ... Charged apparatus (tool), 6 ... Power receiving coil, 7a-7d ... Feed coil, 11a-11d ... Feed circuit, 12 ... Voltage detection circuit , 14 ... control circuit, 19 ... charger, 20 ... power receiving circuit, C2-C4 ... switching device, T5-T7 ... switching device (switch element).

Claims (6)

受電コイルを備えた受電回路と、
該受電回路の出力電力に基づいて充電池を充電する充電器と
を備えた被充電機器と、
前記受電コイルと磁気結合可能とした複数の給電コイルと、
前記給電コイルに励磁電流を供給する複数の給電回路と、
前記給電コイルに励磁電流を供給する給電回路の数を選択して高速充電と低速充電を選択する制御回路と
を備えた無接点充電部と、
前記無接点充電部を備え、前記被充電機器の受電コイルと前記給電コイルとが磁気結合する位置で被充電機器を保持可能とした基台と
を備えたことを特徴とする非接触充電装置。
A power receiving circuit including a power receiving coil;
A to-be-charged device comprising a charger for charging a rechargeable battery based on the output power of the power receiving circuit;
A plurality of power supply coils that can be magnetically coupled to the power reception coil;
A plurality of power supply circuits for supplying an excitation current to the power supply coil;
A non-contact charging unit including a control circuit that selects a fast charging and a slow charging by selecting the number of the feeding circuits that supply the exciting current to the feeding coil;
A non-contact charging apparatus comprising: the non-contact charging unit; and a base that can hold the device to be charged at a position where the power receiving coil and the power feeding coil of the device to be charged are magnetically coupled.
請求項1に記載の非接触充電装置において、
前記無接点充電部は、
前記各給電コイルと前記受電コイルとの間隔に基づく検知電圧を出力する電圧検出回路を備え、
前記制御回路は、低速充電時に前記検知電圧に基づいて受電コイルとの間隔が小さい給電コイルに励磁電流を供給することを特徴とする非接触充電装置。
The contactless charging device according to claim 1,
The contactless charging unit is
A voltage detection circuit that outputs a detection voltage based on the interval between each of the power supply coils and the power reception coil;
The non-contact charging apparatus, wherein the control circuit supplies an exciting current to a power feeding coil having a small distance from the power receiving coil based on the detected voltage during low-speed charging.
請求項1又は2に記載の非接触充電装置において、
前記制御回路は、
前記充電池の残存電圧に応じて、同時に動作させる前記給電回路の数を選択することを特徴とする非接触充電装置。
In the non-contact charging device according to claim 1 or 2,
The control circuit includes:
The non-contact charging apparatus, wherein the number of the feeding circuits that are operated simultaneously is selected according to the remaining voltage of the rechargeable battery.
請求項1又は3に記載の非接触充電装置において、
前記制御回路は、前記複数の給電回路を同時に駆動するとき、各給電コイルに同一周波数で異なる位相の励磁電流を供給することを特徴とする非接触充電装置。
In the non-contact charging device according to claim 1 or 3,
When the plurality of power supply circuits are driven simultaneously, the control circuit supplies excitation currents of different phases at the same frequency to each of the power supply coils.
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の非接触充電装置において、
前記複数の給電コイルは、前記基台に保持された被充電機器の受電コイルに対し、同一間隔となるように設置可能としたことを特徴とする非接触充電装置。
In the non-contact charging device according to any one of claims 1 to 4,
The non-contact charging apparatus, wherein the plurality of power feeding coils can be installed at the same interval with respect to a power receiving coil of a device to be charged held on the base.
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の非接触充電装置において、
前記受電回路には、前記受電コイルの共振周波数を切替える切替装置を備えたことを特徴とする非接触充電装置。
In the non-contact charging device according to any one of claims 1 to 5,
The non-contact charging device, wherein the power receiving circuit includes a switching device that switches a resonance frequency of the power receiving coil.
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