JP4156537B2 - Power supply device - Google Patents
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Description
本発明は、電源に接続された給電コイルと、負荷に接続された受電コイルとを、電磁結合が成立する給電状態に置くことにより、給電部から受電部に対し電磁誘導により非接触で給電を行うことができる給電装置に係り、特に受電側において負荷が広い範囲で変動した場合にも、これに安定して対応することができる給電装置に関するものである。 According to the present invention, a power feeding coil connected to a power source and a power receiving coil connected to a load are placed in a power feeding state in which electromagnetic coupling is established, so that power feeding from the power feeding unit to the power receiving unit by electromagnetic induction is performed without contact. The present invention relates to a power supply device that can be performed, and particularly to a power supply device that can stably cope with a case where the load fluctuates in a wide range on the power receiving side.
コネクター・ソケット等、機械的接触を介して電力を供給する給電装置は、水濡れの恐れのある場合や埃・砂等の堆積の恐れがある様な環境では、ショート・感電の可能性があるため使用することができなかった。 Power supply devices that supply power through mechanical contact, such as connectors and sockets, may cause short circuits or electric shock in environments where there is a risk of getting wet, or where there is a risk of accumulation of dust, sand, etc. Therefore could not be used.
この様な場所での使用に適した給電装置として、機械的な結合を用いずに電磁誘導を用いた非接触タイプの給電システムが提案されている。例えば、下記特許文献１には、電源に接続された給電コイルと、負荷に接続された受電コイルとを、電磁結合が成立する給電状態に置くことにより、給電部から受電部に対し電磁誘導により非接触で給電を行うことができる給電装置が開示されている。
しかし、この様な電磁誘導を用いる給電装置では、給電部と受電部の磁界結合により給電側に流しうる電流が決定されてしまうので、受電側の負荷が変動すると受電側の出力電圧が激しく変動してしまうという不都合があるため、従来は変動の少ないある特定の負荷に対して使用されるのが一般的であって、広い範囲で変動しうる負荷に対して有効に対応できないという問題があった。 However, in such a power feeding device using electromagnetic induction, the current that can flow to the power feeding side is determined by the magnetic coupling between the power feeding unit and the power receiving unit, so that the output voltage on the power receiving side fluctuates drastically when the load on the power receiving side fluctuates. Conventionally, it is generally used for a specific load with little fluctuation, and there is a problem that it cannot effectively cope with a load that can fluctuate over a wide range. It was.
そこで本発明は、給電コイルと負荷側の受電コイルを電磁結合の状態に置いて電磁誘導により非接触で給電を行う給電装置の分野において、広い範囲で変動する負荷に安定して対応できるため、不特定な負荷にも対応することができる給電装置を提供することを目的とするものである。 Therefore, the present invention can stably handle a load that fluctuates in a wide range in the field of a power feeding device that performs power supply in a non-contact manner by electromagnetic induction by placing a power feeding coil and a power receiving coil on a load side in an electromagnetically coupled state. It is an object of the present invention to provide a power feeding device that can cope with unspecified loads.
請求項１に記載された給電装置は、電源に接続される給電コイルを備えた給電部と負荷に接続される受電コイルを備えた受電部とを有し、前記給電コイルと前記受電コイルを電磁結合が成立する給電状態に置くことにより電磁誘導で給電部から受電部に対し非接触で給電を行う給電装置において、
前記給電コイルを選択的に駆動可能な複数の小給電コイルで構成し、
前記給電コイルに流れる電流の電流値の変化に応じて前記小給電コイルの個数を切り換えて駆動する制御手段を備えたことを特徴としている。
The power supply device described in
A plurality of small power supply coils that can selectively drive the power supply coil,
Control means for switching and driving the number of the small power feeding coils according to a change in the current value of the current flowing through the power feeding coil is provided.
請求項２に記載された給電装置は、請求項１記載の給電装置において、前記給電コイルに流れる電流を検出して駆動される小給電コイルの個数に応じた基準値と比較し、その結果に応じて前記小給電コイルの個数を切り換えて駆動することを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, in the power feeding device according to the first aspect, the current flowing in the power feeding coil is detected and compared with a reference value corresponding to the number of small power feeding coils to be driven. Accordingly, the number of small power supply coils is switched and driven accordingly.
請求項３に記載された給電装置は、請求項２記載の給電装置において、前記制御手段が、前記基準値を１以上設けることにより電流値の範囲を複数に分け、検出した前記電流値がより高い範囲に属する場合に、より多くの小給電コイルを駆動することを特徴としている。
例えば、前記基準値を２つとすれば、前記電流値の範囲を３つに分けることができ、これに合せて負荷の範囲を軽負荷・中負荷・高負荷の３つに設定し、これらにそれぞれ対応して駆動する小給電コイルの数を切り替えることができる。
According to a third aspect of the present invention, in the power feeding device according to the second aspect, the control unit divides a range of current values by providing one or more reference values, and the detected current value is more In the case of belonging to a high range, it is characterized in that more small power feeding coils are driven.
For example, if the reference value is two, the range of the current value can be divided into three, and the load range is set to three of light load, medium load, and high load according to this, It is possible to switch the number of small power feeding coils that are driven correspondingly.
請求項４に記載された給電装置は、請求項２乃至３記載の給電装置において、前記制御手段が、
前記給電コイルにおいて相対的に少ない個数の小給電コイルを駆動するとともに、給電コイルに流れる電流の電流値を検出して所定の基準値と比較することにより、前記給電コイルと前記受電コイルが前記給電状態以外の状態から前記給電状態となって前記電磁結合が成立したことを検知するとともに、
前記給電コイルにおいて相対的に多い個数の小給電コイルを駆動するとともに、給電コイルに流れる電流の電流値を検出して他の所定の基準値と比較することにより、前記給電コイルと前記受電コイルが前記給電状態から前記給電状態以外の状態となって前記電磁結合が解除されたことを検知することを特徴としている。
The power supply device described in
A relatively small number of small power feeding coils are driven in the power feeding coil, and the current value of the current flowing in the power feeding coil is detected and compared with a predetermined reference value, so that the power feeding coil and the power receiving coil are fed with the power feeding coil. While detecting that the electromagnetic coupling has been established from the state other than the state to the power feeding state,
While driving a relatively large number of small power feeding coils in the power feeding coil and detecting the current value of the current flowing through the power feeding coil and comparing it with other predetermined reference values, the power feeding coil and the power receiving coil It is detected that the electromagnetic coupling is released from the power supply state to a state other than the power supply state.
請求項５に記載された給電装置は、請求項２乃至４記載の給電装置において、前記小給電コイルをそれぞれ駆動する複数の駆動回路と前記電源との間に電流検出素子を設けるとともに、
前記制御手段には駆動される小給電コイルの個数に応じた前記基準値が設定され、前記制御手段は前記電流検出素子で検出された前記給電コイルを流れる電流の電流値と前記各基準値とを比較し、その結果に応じて前記小給電コイルを駆動する駆動回路を選択するように構成されたことを特徴としている。
The power supply device according to
The control means is set with the reference value according to the number of small power feeding coils to be driven, and the control means is configured to detect the current value of the current flowing through the power feeding coil detected by the current detection element and the respective reference values. And a drive circuit for driving the small power feeding coil is selected according to the result.
請求項６に記載された給電装置は、請求項１乃至５記載の給電装置において、前記給電コイルと前記受電コイルが前記給電状態以外の状態から前記給電状態となって前記電磁結合が成立したことを検知する操作を、前記制御手段に設けたタイマー手段により所定の周期で繰り返し行うことを特徴としている。 According to a sixth aspect of the present invention, in the power feeding device according to any one of the first to fifth aspects, the electromagnetic coupling is established when the power feeding coil and the power receiving coil change from the state other than the power feeding state to the power feeding state. It is characterized in that the operation of detecting the above is repeated at a predetermined cycle by a timer means provided in the control means.
請求項７に記載された給電装置は、請求項１乃至６記載の給電装置において、前記給電コイルは所定の内径の挿入孔を備えており、前記受電コイルは前記給電コイルの前記挿入孔に挿入可能な長体状であり、前記受電コイルを前記給電コイルの前記挿入孔に挿入することにより、前記給電コイルと前記受電コイルとが前記給電状態となることを特徴としている。 According to a seventh aspect of the present invention, in the power feeding device according to the first to sixth aspects, the power feeding coil includes an insertion hole having a predetermined inner diameter, and the power receiving coil is inserted into the insertion hole of the power feeding coil. The power supply coil and the power reception coil are in the power supply state by inserting the power reception coil into the insertion hole of the power supply coil.
請求項８に記載された給電装置は、請求項１乃至６記載の給電装置において、前記受電コイルは所定の内径の挿入孔を備えており、前記給電コイルは前記受電コイルの前記挿入孔に挿入可能な長体状であり、前記給電コイルを前記受電コイルの前記挿入孔に挿入することにより、前記受電コイルと前記給電コイルとが前記給電状態となることを特徴としている。
The power feeding device described in
請求項１に記載された給電装置によれば、複数の小給電コイルを選択的に駆動することにより、給電部と受電部の磁界結合を変化させて給電コイルに流れる電流を変化させ、受電部にて発生する電圧を調整することができる。すなわち、給電コイルに流れる電流と、駆動する小給電コイルの数とから、受電部を介して負荷に印加される電圧が所定の値に定まるので、実際の電圧がこれを下回ると駆動する小給電コイル数を増やし、給電コイルに流れる電流を増加させ、受電部からの出力電圧を増加させるように制御を行うことができる。この様に制御することにより、広い範囲の負荷を安定して駆動でき、不特定な負荷に有効に対応することができる。
According to the power supply device described in
請求項２乃至３に記載された給電装置によれば、請求項１記載の給電装置の効果において、前記制御手段が、あらかじめ適切に設定された基準値と給電コイルの電流値とを比較することにより、小給電コイルの駆動個数を負荷に適切に対応した複数段階でこまめに変化させ、受電部側の出力電圧を調整することができる。このため、広い範囲の負荷に対する安定駆動がさらに確実になる。
According to the power supply device described in
請求項４に記載された給電装置によれば、請求項２乃至３記載の給電装置の効果において、さらに、所定の基準値を適当な大きさに設定すれば、給電コイルと受電コイルの間に電磁結合が成立したことの検知を、相対的に少ない個数の小給電コイルを駆動することにより見落としなく行うことができる。また、相対的に多くの小給電コイルを駆動する場合に比べて電力消費が少なくて済むので、電磁結合の有無の検知周期を相対的に短くして速やかな検知を実現できる。電磁結合が検知された後に、電磁結合が解除されたことを検知する場合には、相対的に多い個数の小給電コイルを駆動して行うことができる。
According to the power feeding device described in
請求項５に記載された給電装置によれば、請求項２乃至４記載の給電装置の効果において、さらに、給電コイルの電流値を電流検出素子で検知して基準値と比較した結果に応じて駆動する小給電コイルの個数の切り替えを行う具体的な構成を提供することができる。
According to the power supply device described in
請求項６に記載された給電装置によれば、請求項１乃至５記載の給電装置の効果において、さらに、給電コイルと受電コイルの電磁結合を検知する操作を、制御手段のタイマー手段により所定の周期で繰り返し行うことができるので、前記電磁結合の検知が確実かつ速やかであり、検出のために駆動する小給電コイルの個数が相対的に少なく電力消費も少ないので、前記周期を短くすることもできる。
According to the power supply device described in
請求項７乃至８に記載された給電装置によれば、請求項１乃至６記載の給電装置の効果において、前記給電コイルと前記受電コイルのいずれか一方を前記挿入孔を設けた中空円柱状とし、他方を中実円柱状として該挿入孔に挿抜するという選択可能な構造により、両コイルを相対移動させれば前記給電コイルと前記受電コイルの間の電磁結合による給電状態を成立・解除させる作用を得ることができるので、いずれか実現しやすい構造を採用して請求項１乃至６記載の給電装置による効果を電磁誘導方式の非接触の給電装置において広く実現することができる。
According to the power supply device described in any one of
以下、本発明を実施するために特許出願人が出願時点で最良と思う本発明の実施の形態を図１〜図６を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る給電装置の回路構成図であり、図２は本発明の実施の形態に係る給電装置の駆動波形図であり、図３は本発明の実施の形態に係る給電装置の主としてコイル部分の構造を示す断面図であり、図４は本発明の実施の形態に係る給電装置の動作を説明する流れ図であり、図５は本発明の実施の形態に係る給電装置の動作を説明する電流等の波形図であり、図６は本発明の実施の形態に係る給電装置における負荷と駆動する小給電コイル数（回路数）に応じた流入電流値・負荷電圧値を表形式で示す図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention, which the patent applicant believes best at the time of filing to implement the present invention, will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a power feeding device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a drive waveform diagram of the power feeding device according to the embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram of the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view mainly showing a structure of a coil portion of the power feeding apparatus, FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of the power feeding apparatus according to the embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a power feeding according to the embodiment of the present invention. FIG. 6 is a waveform diagram of current and the like for explaining the operation of the device, and FIG. 6 is an inflow current value / load voltage value corresponding to the number of loads and the number of small power feeding coils (number of circuits) in the power feeding device according to the embodiment of the present invention. FIG.
（１）本給電装置の構成（図１〜図３）
図１に示すように、本例の給電装置は、給電コイル１を備えた給電部２と受電コイル３を備えた受電部４を有し、別体に構成された給電コイル１と受電コイル３を電磁結合が成立する給電状態に置くことにより、電磁誘導で給電部２から受電部４に対して非接触で給電を行う装置である。
(1) Configuration of the power feeding device (FIGS. 1 to 3)
As shown in FIG. 1, the power supply device of this example includes a
給電部２は、３つの小給電コイル５からなる給電コイル１と、後述する制御手段１０からの制御信号により交流で各小給電コイル５を駆動する３つの駆動回路６と、各駆動回路６と電源７との間の電源経路に設けられて電源電圧を一定電圧に変換する定電圧回路８と、前記電源経路に設けられた電流検出素子９と、各駆動回路６を制御する制御手段１０とを有している。
The
制御手段１０は、基準となるクロックを発生させる発振回路１１と、発振回路１１の周波数を所望の周波数にして出力する分周回路１２と、電流検出素子９の両端の電圧をデジタル信号に変えるＡ／Ｄ変換器１３と、これら各回路等からの信号等を用いて前記各駆動回路６を制御する制御回路１４とで構成される。制御回路１４には、後述するように、駆動回路６を制御する際の判断基準となる各種の基準値が予め設定されている。
The control means 10 includes an
受電部４は、電磁誘導により交流電力を発生させる受電コイル３と、受電コイル３に接続された整流回路（受電回路）１５を有する。整流回路１５は、ダイオード１６及びコンデンサー１７を有し、受電コイル３に発生した交流電力を直流に変換して負荷２０に供給する。
The
図１及び図２に示すように、制御回路１４からはあらかじめ任意に設定された周波数の基本信号Ｓ０が常時各駆動回路６に出力される。また、制御回路１４からは、Ｈ又はＬの選択信号Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３（Ｈは選択、Ｌは非選択）が、後述する手順に従ってそれぞれ対応する小給電コイル５の各駆動回路６に出力される。その結果、図２に示すように、駆動回路６に選択信号Ｅｎ（ｎは１〜３）が入った場合（Ｈの場合）には、各小給電コイル５に与えられる駆動信号（給電コイル１の波形）は基本信号Ｓ０の周波数に基いた交流波形となる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
次に、図３を参照して給電コイル１と受電コイル３のさらに具体的な形状等を説明する。
給電部２の給電コイル１は、所定の内径を備えた横断面円形の挿入孔２１（貫通孔）を備えた中空円柱形であり、その他の給電部回路（前記制御手段１０、定電圧回路８、電流検出素子９等）とともに外装材料２２によって一体に封着された密閉構造とされており、コイルや回路等の電気的構成部分は種々の環境に耐えうる防水性・防湿性・防塵性を備えている。なお電源７は外部から供給される。
Next, more specific shapes and the like of the feeding
The
受電部４の受電コイル３は、磁性体（フェライト）２３に巻かれた被覆導電線２４からなり、これと前記整流回路（受電回路）１５とが外装材料２２によって一体に封着された構造とされており、給電コイル１と同様に所定の耐候性を有している。受電コイル３は給電コイル１と同等の軸方向長さを有する中実円柱形であり、前記給電コイル１の挿入孔２１に挿入して軸方向に移動可能である。
The
なお、円柱状の受電コイル３の上端に設けられた整流回路１５は受電コイル３の本体部分よりも大径で外方に張り出した形状に構成されているので、受電コイル３を給電コイル１の挿入孔２１に挿入すると、受電コイル３は整流回路１５の部分で給電コイル１の上端に引っ掛かり、両コイル１，３は互いに電磁結合する給電位置で保持されることとなる。
Since the
両コイル１，３は以上のような構成なので、給電部２（給電コイル１）と受電部４（受電コイル３）を別々にしておけば両コイル１，３間に電磁結合は生じず、非接触の給電は行われない。給電部２（給電コイル１）の挿入孔２１内に受電部４（受電コイル３）を挿入すれば、給電部２から受電部４に対し電磁誘導により非接触で給電を行うことができる給電状態となる。
Since the
（２）本給電装置の作用（図４〜図６）
次に本給電装置の作用を、制御手段１０の動作を中心として説明する。
本給電装置では、以下に説明するように予め制御回路１４に幾つかの基準値Ａ１〜Ａ４を設定しておき、給電コイル１に流れる電流の電流値を電流検出素子９で測定してこれら基準値Ａ１〜Ａ４と比較し、その比較結果に基づいて受電コイル３の有無や負荷２０の軽重等の状態判断を行い、駆動する小給電コイル５の数を選択する。
(2) Operation of the power feeding device (FIGS. 4 to 6)
Next, the operation of the power supply apparatus will be described focusing on the operation of the control means 10.
In this power feeding device, as will be described below, several reference values A1 to A4 are set in the
まず、基準値としてのレベルＡ１は、給電コイル１と受電コイル３が給電状態以外の状態（具体的には受電コイル３が給電コイル１から外れている状態）から給電状態（具体的には受電コイル３が給電コイル１に全長挿入された状態）となって電磁結合が成立したことを検知するための判断基準値であり、給電コイル１の電流値がこのレベルＡ１よりも大きい場合には電磁結合がなく（つまり受電コイル３は挿入されておらず）、給電コイル１の電流値がこのレベルＡ１よりも小さい場合には電磁結合が成立している（つまり受電コイル３が挿入されている）、と判断される。
First, the level A1 as the reference value is a state in which the
また、基準値としてのレベルＡ４は、給電コイル１と受電コイル３が給電状態（具体的には受電コイル３が給電コイル１に全長挿入されて電磁結合が成立した状態）から給電状態以外の状態（具体的には受電コイル３が給電コイル１から外れている状態）になったことを検知するための判断基準値であり、給電コイル１の電流値がこのレベルＡ４よりも大きい場合には給電コイル１に挿入されていた受電コイル３が抜き取られたものと判断される。
Further, the level A4 as the reference value is a state other than the power supply state from the
また、基準値としてのレベルＡ２及びＡ３は、給電コイル１と受電コイル３が給電状態（具体的には受電コイル３が給電コイル１に全長挿入されて電磁結合が成立した状態）にあることを前提とし、その場合に負荷２０が高負荷か中負荷か軽負荷かを判断するための基準値である。
Further, the levels A2 and A3 as reference values indicate that the feeding
給電コイル１に流れる電流がレベルＡ２未満である場合には、相対的に高抵抗値の軽負荷であると判断し、駆動する小給電コイル５の個数を相対的に少ない数（本例では１個）とする。
また、給電コイル１に流れる電流がレベルＡ２を越え、レベルＡ３未満である場合には、相対的に中抵抗値の中負荷であると判断し、駆動する小給電コイル５の個数を相対的に中程度の数（本例では２個）とする。
また、給電コイル１に流れる電流がレベルＡ３を越え、レベルＡ４未満である場合には、相対的に低抵抗値の高負荷であると判断し、駆動する小給電コイル５の個数を相対的に多い数（本例では３個）とする。
When the current flowing through the feeding
Further, when the current flowing through the feeding
Further, when the current flowing through the feeding
以下、本給電装置の作動についてさらに具体的に説明する。以下の説明では、図４の流れ図に示す各動作ステップＳ１〜Ｓ１１を用いて本装置の動作を適宜区切って説明し、各区切り毎に半括弧付き数字１）〜１０）を参照符号として付した。また図５に示す電流波形にも対応して同一の半括弧付き数字１）〜１０）を付し、理解の便宜とした。 Hereinafter, the operation of the power feeding apparatus will be described more specifically. In the following description, the operation of this apparatus will be described by using the operation steps S1 to S11 shown in the flowchart of FIG. 4 as appropriate, and numerals 1) to 10) with half parentheses will be given as reference numerals for each partition. . In addition, the same numbers in the parentheses 1) to 10) are attached to the current waveforms shown in FIG. 5 for convenience of understanding.
１）受電部４が挿入されていない状態では、小給電コイル５の１つを駆動するとＡ１レベルより大きい電流が流れるため、Ｓ１−Ｓ２−Ｓ３−Ｓ４−Ｓ１のルートで動作し、タイマー手段（Ｓ４で動作）で指定された時間ごとにＥ１信号はＨとなり、受電コイル３の検出動作を繰り返す。
1) In a state where the
２）受電部４が挿入されろと小給電コイル５の１つを駆動した時の電流がＡ１レベル以下となり、Ｓ１−Ｓ２−Ｓ５のルートで動作し、Ｅ１信号はＨのまま保たれるため駆動動作が連続する。この時電流がＡ２レベル未満の場合はＳ５−Ｓ１０−Ｓ９−Ｓ５のルートで１個の小給電コイル５による駆動動作を繰り返す（軽負荷動作）。
2) When one of the small power feeding coils 5 is driven when the
３）この後、受電部４を抜き取ると電流がＡ４レベルを超えるため、Ｓ５−Ｓ６−Ｓ７−Ｓ８−Ｓ９のルートで動作を行い、受電コイル３の検出動作Ｓ３−Ｓ４−Ｓ１−Ｓ２−Ｓ３を繰り返すこととなる。
3) Thereafter, when the
４）受電部４が挿入されて１つの小給電コイル５を駆動した時の電流がＡ１レベル以下となると、Ｓ１−Ｓ２−Ｓ５のルートで駆動動作が連続する。この時電流がＡ２レベルより大きく、Ａ３レベル以下である場合はＳ５−Ｓ６のルートで動作し、Ｅ２出力をＨに変更し、Ｓ７−Ｓ１１−Ｓ９−Ｓ５−Ｓ６のルートで２個の小給電コイル５による駆動動作を繰り返す（中負荷動作）。
4) When the current when the
５）この後、受電部４を抜き取ると電流がＡ４レベルを超えるため、Ｓ５−Ｓ６−Ｓ７−Ｓ８−Ｓ９−Ｓ３のルートで動作を行い、Ｅ２出力をＬとし、Ｓ１−Ｓ２−Ｓ３−Ｓ４−Ｓ１のルートで受電コイル３の検出動作を繰り返すこととなる。
5) After that, when the
６）受電部４が挿入されて１個の小給電コイル５を駆動した時の電流がＡ１レベル以下となり、Ｓ１−Ｓ２−Ｓ５のルートで駆動動作が連続する。この時電流がＡ３レベルより大きい場合は、Ｓ５−Ｓ６のルートで動作し、Ｅ２出力をＨに変更し、Ｓ７−Ｓ８−Ｓ９−Ｓ５−Ｓ６のルートで３個の小給電コイル５による駆動動作を繰り返す（高負荷動作）。
6) The current when the
７）この後、受電部４を抜き取ると電流がＡ４レベルを超えるため、Ｓ５−Ｓ６−Ｓ７−Ｓ８−Ｓ９−Ｓ３のルートで動作を行い、Ｅ２，Ｅ３出力をＬとし、Ｓ１−Ｓ２−Ｓ３−Ｓ４−Ｓ１のルートで受電コイル３の検出動作を繰り返すこととなる。
7) Thereafter, when the
８）受電部４が挿入されると、小給電コイル５の１つを駆動した時の電流がＡ１レベル以下となり、Ｓ１−Ｓ２−Ｓ５のルートで動作し、Ｅ１信号はＨのまま保たれるため駆動動作が連続する。この時電流がＡ２レベル未満の場合は、Ｓ５−Ｓ１０−Ｓ９−Ｓ５のルートで動作を繰り返す。この後、負荷が変化し、電流がＡ２レベルより大きくＡ３レベル未満になるとＳ５−Ｓ６のルートで動作し、Ｅ２出力をＨに変更し、Ｓ７−Ｓ１１−Ｓ９−Ｓ５−Ｓ６のルートで動作を繰り返す。さらに電流がＡ２レベル未満になると、Ｓ５−Ｓ１０のルートで動作し、Ｅ２出力をＬに変更し，Ｓ５−Ｓ１０−Ｓ９−Ｓ５のルートで駆動動作を繰り返す（負荷変動）。
8) When the
９）この後、受電部４を抜き取ると電流がＡ４レベルを超えるため、Ｓ５−Ｓ６−Ｓ７−Ｓ８−Ｓ９−Ｓ３のルートで動作を行い、Ｅ２，Ｅ３出力をＬとし、Ｓ１−Ｓ２−Ｓ３−Ｓ４−Ｓ１のルートで受電コイル３の検出動作を繰り返すこととなる。
9) After that, when the
１０）もしＡ１レベルと受電部４が挿入されていない状態の電流値とが近いために、受電コイル３が給電コイル１に挿入されていないのに挿入されたものと誤検出してしまったとしても、Ｓ１−Ｓ２−Ｓ５−Ｓ６−Ｓ７−Ｓ８−Ｓ９のルートで動作し、Ａ１レベルより十分に大きいＡ４レベルとの大きな差を確実に検出してＳ９−Ｓ３−Ｓ４のルートで動作を行い、検出動作を繰り返すことができ、受電部４の検知動作を安定させることができる。
10) If the A1 level is close to the current value in the state where the
（３）本給電装置の一数値例（図６）
次に、本例の給電装置における実際の一数値例を説明する。
まず、図３に示した構造において、給電コイル１は、挿入孔２１の内径が２６ｍｍであり、φ１．６ｍｍの被覆銅線を１４巻きした３つの小給電コイル５（３回路）で構成される。受電コイル３は、９×１０ｍｍの小判型のフェライト２３にφ２ｍｍの被覆導電線２４を３０巻きし、センタータップとしてある。また、外装材料２２は樹脂からなる。
(3) One numerical example of the power feeding device (FIG. 6)
Next, an actual numerical example in the power supply apparatus of this example will be described.
First, in the structure shown in FIG. 3, the feeding
また、図６の表図は、給電部２への流入電流Ｉin（Ａ）（電圧は９．０Ｖ）と受電部４から負荷２０へ供給する電圧Ｖout （Ｖ）を、給電部２にて駆動する小給電コイル６の個数（１回路〜３回路）及び負荷２０に応じて示したものであり、負荷２０については、「受電部無し」（給電部２の給電コイル１から受電部４の受電コイル３を引き抜いた状態）と、高負荷（抵抗値が相対的に小さい）から軽負荷（抵抗値が相対的に大きい）まで０．３（Ω）〜１００（Ω）の範囲の負荷抵抗値によって示している。
Further, the table of FIG. 6 shows that the inflow current I in (A) (voltage is 9.0 V) to the
本例において、Ａ１レベルを３．２（Ａ）、Ａ２レベルを１．８（Ａ）、Ａ３レベルを４．５（Ａ）、Ａ４レベルを９．４（Ａ）に設定すると、受電部４が挿入された場合、負荷の抵抗値が１００Ω〜１０Ωの範囲では小給電コイル５は１個（１回路）のみ駆動される（軽負荷の範囲であり、電圧は７．４９〜６．０５Ｖまで変化）。
In this example, when the A1 level is set to 3.2 (A), the A2 level is set to 1.8 (A), the A3 level is set to 4.5 (A), and the A4 level is set to 9.4 (A), the
負荷の抵抗値が１０Ωより小さくなり、電流が１．８（Ａ）を超えると、駆動される小給電コイル５は２個（２回路）となり、この状態は２Ωまで継続する（中負荷の範囲であり、電圧は７．５３〜６．０２Ｖまで変化）。
When the resistance value of the load becomes smaller than 10Ω and the current exceeds 1.8 (A), the number of driven
さらに負荷の抵抗値が小さくなると、駆動される小給電コイル５は３個（３回路）となる（高負荷の範囲であり、電圧は６．８７〜４．５７Ｖ付近まで変化）。 When the resistance value of the load is further reduced, the number of driven small power feeding coils 5 is three (three circuits) (in a high load range, the voltage changes to around 6.87 to 4.57 V).
大出力を必要とするため、以上説明した負荷の抵抗値の範囲である１００Ωから０．３Ωまでのすべてにおいて小給電コイル５を３個（３回路）駆動すると、その電圧変化は９．７２〜３．８９Ｖとなるが、本例では小給電コイル５の数（回路数）を負荷に応じて切り替えて駆動しているので、その出力電圧の範囲は７．４９〜３．８９Ｖとなり、出力電圧の幅が大きく改善される。 Since a large output is required, when three small power supply coils 5 are driven (3 circuits) in all of the load resistance ranges from 100Ω to 0.3Ω described above, the voltage change is 9.72 to In this example, the number of small power supply coils 5 (number of circuits) is switched and driven according to the load, so that the output voltage range is 7.49 to 3.89 V, and the output voltage The width of is greatly improved.
また、受電部４の検知においても、検出時の電流を抑えるために小給電コイル５を１回路のみ駆動させると、受電部４の有無判定は、図６の「１回路」において「負荷」が「０．３」及び「受電部無し」の欄の数値「４．６」「６．４」の差である１．８（Ａ）の精度で行う必要があるが、本例では３．２（Ａ）を基準値としているので、検出時の電流を増やすことなく消費電力を抑えて検知の頻度を高めるとともに、検知の精度を確保し、検出の確実性を高めることができる。
In the detection of the
この様に、本例では、負荷に応じ給電コイルを構成する複数の小給電コイルの駆動回路数を切り替えているので、電源としての能力が大きく改善され、広い範囲で変動する負荷に安定して対応でき、不特定な負荷にも対応することができる。 In this way, in this example, the number of drive circuits of the plurality of small power supply coils constituting the power supply coil is switched according to the load, so that the capability as a power source is greatly improved and stable to a load that fluctuates over a wide range. It can respond to unspecified loads.
以上説明した実施形態では、給電コイル１が中空円筒形であり、受電コイル３がこれに挿入される中実円筒形であったが、この形状の関係は逆であってもよい。すなわち、給電コイルを中実円筒形（すなわち丸棒状）とし、受電コイルを所定の内径の貫通孔を備えた中空円筒形として給電コイルに外挿するようにしてもよい。その場合の回路構成や、機械的構成は、前述した実施形態における技術的意義を変更しない範囲においてこれらと略同様に考えることができる。
In the embodiment described above, the feeding
１…給電コイル
２…給電部
３…受電コイル
４…受電部
５…小給電コイル
６…駆動回路
７…電源
８…定電圧回路
９…電流検出素子
１０…制御手段
１１…発振回路
１２…分周回路
１４…制御回路
１５…整流回路
２０…負荷
２１…挿入孔
Ａ１〜Ａ４…基準値
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記給電コイルを選択的に駆動可能な複数の小給電コイルで構成し、
前記給電コイルに流れる電流の電流値の変化に応じて前記小給電コイルの個数を切り換えて駆動する制御手段を備えたことを特徴とする給電装置。 A power supply unit including a power supply coil connected to a power source and a power reception unit including a power reception coil connected to a load, and placing the power supply coil and the power reception coil in a power supply state in which electromagnetic coupling is established. In a power feeding device that performs power feeding from a power feeding unit to a power receiving unit by induction without contact,
A plurality of small power supply coils that can selectively drive the power supply coil,
A power supply apparatus comprising control means for switching and driving the number of the small power supply coils in accordance with a change in a current value of a current flowing through the power supply coil.
前記給電コイルにおいて相対的に少ない個数の小給電コイルを駆動するとともに、給電コイルに流れる電流の電流値を検出して所定の基準値と比較することにより、前記給電コイルと前記受電コイルが前記給電状態以外の状態から前記給電状態となって前記電磁結合が成立したことを検知するとともに、
前記給電コイルにおいて相対的に多い個数の小給電コイルを駆動するとともに、給電コイルに流れる電流の電流値を検出して他の所定の基準値と比較することにより、前記給電コイルと前記受電コイルが前記給電状態から前記給電状態以外の状態となって前記電磁結合が解除されたことを検知することを特徴とする請求項２乃至３記載の給電装置。 The control means includes
A relatively small number of small power feeding coils are driven in the power feeding coil, and the current value of the current flowing in the power feeding coil is detected and compared with a predetermined reference value, so that the power feeding coil and the power receiving coil are fed with the power feeding coil. While detecting that the electromagnetic coupling has been established from the state other than the state to the power feeding state,
While driving a relatively large number of small power feeding coils in the power feeding coil and detecting the current value of the current flowing through the power feeding coil and comparing it with other predetermined reference values, the power feeding coil and the power receiving coil 4. The power feeding device according to claim 2, wherein it detects that the electromagnetic coupling is released from a state other than the power feeding state from the power feeding state. 5.
前記制御手段には駆動される小給電コイルの個数に応じた前記基準値が設定され、前記制御手段は前記電流検出素子で検出された前記給電コイルを流れる電流の電流値と前記各基準値とを比較し、その結果に応じて前記小給電コイルを駆動する駆動回路を選択するように構成されたことを特徴とする請求項２乃至４記載の給電装置。 While providing a current detection element between a plurality of drive circuits that respectively drive the small power feeding coils and the power supply,
The control means is set with the reference value according to the number of small power feeding coils to be driven, and the control means is configured to detect the current value of the current flowing through the power feeding coil detected by the current detection element and the respective reference values. 5. The power feeding device according to claim 2, wherein a driving circuit for driving the small power feeding coil is selected according to the result of the comparison.
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