JP2001268823A

JP2001268823A - 非接触給電装置

Info

Publication number: JP2001268823A
Application number: JP2000073423A
Authority: JP
Inventors: Eiji Kondo; 英二近藤; Hitoshi Hosoe; 仁細江; Masuo Osumi; 升男大隅; Shinji Isaji; 伸司伊佐治
Original assignee: Aichi Electric Co Ltd
Current assignee: Aichi Electric Co Ltd
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2001-09-28

Abstract

(57)【要約】【課題】過電流および過電圧から外部負荷および装置
を保護する手段を備えた高効率の非接触給電装置を提供
する。【解決手段】１次側に過電流防止手段を備え、２次側
に共振用のコンデンサと、コンデンサ可変方式もしくは
インダクタンス可変方式，磁束量制御方式のうちいずれ
かの過電圧防止手段を備えて構成したことを特徴とする
非接触給電装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気機器等に電磁
誘導により非接触で電力を供給する給電装置の改良に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電気機器等に電力を供給する
給電装置としては、接触式の給電装置がよく知られてお
り、例えば、搬送機器の受給電装置や、電動歯ブラシや
コードレス電話等の充電器等によく利用されていた。

【０００３】前記例えば、搬送機器の受給電装置におい
ては、給電側（１次側）にトローリー線を引き回し、移
動する受電側（２次側）にあるブラシと接触させること
により、１次側から２次側に電力を供給するものであ
る。

【０００４】しかし、このような方式による接触給電装
置では、トローリー線とブラシが接触することによりカ
ーボンの粉が発生するため、例えば、クリーンルーム内
で使用したり、食料品の搬送機器に使用する場合等にお
いては、衛生面等に問題が生じ、利用することが困難で
あった。また、前記トローリー線やブラシは接触するこ
とにより互いに磨耗するため、メンテナンスが必要とな
る等、種々の問題点があった。

【０００５】一方、電動歯ブラシやコードレス電話等の
充電器は、充電部位としての金属端子が剥き出しの状態
であるため、感電や、埃等の侵入により短絡事故が発生
する等の危険性があった。

【０００６】そこで、前述した接触給電装置による様々
な問題を解決するため、近年、電源側と負荷（電気機器
等）側とを接触させることなく、電力の供給を可能とし
た非接触給電装置が広く利用されるようになってきた。

【０００７】前記非接触給電装置としては、例えば、図
１７，１８に示すようなものがあり、図１７に示す非接
触給電装置は、１次側に高周波電流源１を設置し、この
電流源１にリッツ線（高周波における電流の表皮効果を
軽減する電線）２が、２次コア３の脚間を接触すること
なく挿通した状態で、その両端を接続している。また、
前記２次コア３には継鉄部に、図示しない負荷（電気機
器等）と接続するための２次巻線４が所定回数巻回され
ている。

【０００８】前記非接触給電装置は、高周波電流源１よ
りリッツ線２に電流を流すと、前記リッツ線２の周囲に
は、図１７（ｂ）に矢印で示すような磁束が誘起され、
この磁束が２次コア３に鎖交することにより、２次コア
３の継鉄部に巻回された２次巻線４に所定の電圧が誘起
され、これと接続される負荷（電気機器等）に電流を流
し、電力を供給することができる、所謂、カレントトラ
ンス方式の非接触給電装置である。

【０００９】図１８は電動歯ブラシやコードレス電話等
に使用する充電器を示しており、図１８において、５は
縦断面形状をＣ型に形成した１次コアであり、６は前記
１次コア５の継鉄部に巻回した１次巻線である。７は前
記１次コア５の脚間にこれと接触することなく挿入した
２次コアであり、８は前記２次コア７に巻回された２次
巻線である。

【００１０】図１８に示す非接触給電装置では、図示し
ない電源より１次巻線６に電流を通電すると、前記１次
巻線６を巻回した１次コア５に磁束が誘起され、この磁
束は１次コア５の脚間に備えた２次コア７に鎖交する。
これにより、前記２次コア７に巻回された２次巻線８に
所定の電圧が誘起され、２次巻線８に接続される負荷を
良好に動作させることができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】然るに、前記搬送機器
に使用される非接触給電装置（カレントトランス方式）
は、高周波電流源１やリッツ線２が高価であることや、
前記リッツ線２を設置するときに、２次コア３とリッツ
線２が接触しないように精度よくリッツ線２を引き回さ
なくてはならないため、その作業に手間と時間がかか
り、経済的に製作できないという問題があった。

【００１２】また、前記搬送機器に使用される非接触給
電装置は、工場の搬送ライン等で使用する場合におい
て、新規に設置するとすれば費用面での負担が大きく、
なおかつ、ラインデザインを変更する場合には、工事費
等が高額となる等、容易に利用できるものではなかっ
た。

【００１３】さらに、前記非接触給電装置は、その構造
上、１次側のリッツ線２と２次コア３が交差する構造と
なっているので、例えば、隔壁等のような障害物が存在
すると、１次側から２次側に電力を給電することは不可
能であった。

【００１４】一方、前記電動歯ブラシやコードレス電話
等の充電器として使用される非接触給電装置において
は、非常に小さな電力しか給電できないため、長時間充
電しないと、連続的に前記電動歯ブラシやコードレス電
話を利用することができなかった。

【００１５】また、前記充電器に使用される非接触給電
装置は、図１８に示すように、１次コア５と２次コア７
の端面が互いに交差するように構成されているので、前
述した搬送機器に使用される非接触給電装置同様、１次
側と２次側との間に障害物が存在すれば給電することは
できなかった。

【００１６】本発明はこのような種々の問題点を解消
し、電磁誘導により１次側から２次側に効率よく電力を
供給することを可能とした非接触給電装置を提供する。

【００１７】

【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、結合トランスの１次コアと２次コアを個々に
分離可能となし、前記１次コアと２次コアとにそれぞれ
巻回される１次巻線と２次巻線を有し、前記１次巻線を
巻回した１次コアと、２次巻線を巻回した２次コアの端
面が、互いに交差することなく対向配置して構成した。

【００１８】請求項２記載の非接触給電装置は、請求項
１記載の非接触給電装置において、結合トランスの１次
側と２次側間に金属以外の介在物を挟持する間隙を備
え、非接触により前記１次側から２次側へ電力を供給す
るように構成した。

【００１９】請求項３記載の非接触給電装置は、請求項
１，２記載の非接触給電装置において、前記２次巻線
に、該２次巻線と共振させるための共振用のコンデンサ
を並列に接続し、２次巻線と共振用のコンデンサが共振
し、２次側のインピーダンスを下げることにより、２次
側へ電流を流れやすくして、結合トランスの１次側から
２次側へ電力を供給するように構成した。

【００２０】請求項４記載の非接触給電装置は、請求項
１ないし３記載の非接触給電装置において、前記１次巻
線にカレントトランスを接続し、１次巻線に流れる電流
を前記カレントトランスと、カレントトランスの２次端
子に接続した抵抗にて電圧変換した電圧値と、あらかじ
め設定した過電流となる電流値を電圧換算した電圧値と
を比較器にて比較し、１次巻線に流れる電流が過電流と
なったとき、交番電流を流すスイッチング素子のゲート
信号を抑制，停止する過電流保護回路を備えて構成し
た。

【００２１】請求項５記載の非接触給電装置は、請求項
１ないし３記載の非接触給電装置において、前記１次巻
線にシャント抵抗を直列に接続し、１次巻線に流れる電
流を前記シャント抵抗にて電圧変換した電圧値と、あら
かじめ設定した過電流となる電流値を電圧換算した電圧
値とを比較器にて比較し、前記１次巻線に流れる電流が
過電流となったとき、交番電流を流すスイッチング素子
のゲート信号を抑制，停止する過電流保護回路を備えて
構成した。

【００２２】請求項６記載の非接触給電装置は、請求項
３ないし５記載の非接触給電装置において、過飽和リア
クトルと非共振用のコンデンサを直列に接続した回路を
前記共振用のコンデンサに並列に接続し、出力電圧が過
電圧となったとき、前記過飽和リアクトルに流れる電流
が増加し、これに誘導される磁束の増加によって前記過
飽和リアクトルが磁気飽和して短絡状態となり、前記共
振用のコンデンサと非共振用のコンデンサが並列接続さ
れた状態とすることによって、共振時の電圧値から非共
振時の電圧値へと変化させて、過電圧を抑制するコンデ
ンサ可変方式の過電圧保護回路を備えて構成した。

【００２３】請求項７記載の非接触給電装置は、請求項
３ないし５記載の非接触給電装置において、前記共振用
のコンデンサに磁気増幅器を並列に接続し、出力電圧が
過電圧となったとき、前記磁気増幅器の制御巻線に通電
する直流電流を減少させることにより、磁気増幅器に鎖
交する磁束量を減じ、前記磁気増幅器の負荷巻線のイン
ダクタンスを大きくせることにより、外部負荷との分圧
比を可変させ、過電圧分を磁気増幅器の負荷巻線のイン
ダクタンスで背負うことにより、出力電圧の過電圧を抑
制するインダクタンス可変方式の過電圧保護回路を備え
て構成した。

【００２４】請求項８記載の非接触給電装置は、請求項
３ないし５記載の非接触給電装置において、前記２次コ
アに漏れ磁路を形成するコアを併設し、出力電圧が過電
圧となったとき、前記漏れ磁路を形成するコアに巻回し
た制御巻線に通電する交流電流を減少させることによ
り、漏れ磁路を形成するコアに誘起される磁束量を減ら
し、磁気抵抗を下げることによって、前記２次コアに鎖
交する磁束の一部を漏れ磁路を形成するコアに鎖交さ
せ、過電圧を抑制する磁束量制御方式の過電圧保護回路
を備えて構成した。

【００２５】請求項９記載の非接触給電装置は、請求項
１ないし８記載の非接触給電装置において、結合トラン
スの１次側と２次側を収容するケーシングを非磁性体の
樹脂にて構成した。

【００２６】請求項１０記載の非接触給電装置は、請求
項１ないし８記載の非接触給電装置において、結合トラ
ンスの１次側と２次側を収容するケーシングを非磁性体
の金属にて構成した。

【００２７】請求項１１記載の非接触給電装置は、請求
項１０記載の非接触給電装置において、前記非磁性体の
金属からなるケーシングの厚さを１ミリ以上に構成し
た。

【００２８】本発明の非接触給電装置は、１次側と２次
側のコアを交差させることなく構成されているので、金
属以外の介在物が存在しても、１次側から２次側に良好
に電力の供給が行えるとともに、前記２次側には共振用
のコンデンサが備えられているため、前記介在物の磁気
抵抗が大きい場合でも、１次側から２次側に効率よく電
力を給電することができる。

【００２９】また、本発明の非接触給電装置は、過電流
および過電圧を保護する回路を備えて構成されているの
で、前記過電流および過電圧によって外部負荷や非接触
給電装置が破壊されることを確実に防止することがで
き、装置の信頼性を飛躍的に向上させることができる。

【００３０】さらに、本発明の非接触給電装置は、１次
側と２次側を収容するケーシングを非磁性体の樹脂また
は、非磁性体の金属にて構成することにより、１次側の
コアから２次側のコアに鎖交する磁束量を増加させるこ
とができ、しかも、前記ケーシングを非磁性体の金属に
て構成した場合には、前記ケーシングの厚さを、例え
ば、１ミリ以上とすることにより、ケーシングの発熱
（ケーシングでの損失）を低減し、効率よく１次側から
２次側に電力を供給することができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
ないし図１６により説明する。図１は本発明の非接触給
電装置Ａを示す概略構成図であり、図１において、９
ａ，９ｂは結合トランスＡ₁を構成する１次コアおよび
２次コアである。１０ａ，１０ｂは前記１次コア９ａと
２次コア９ｂの継鉄部に巻回された１次巻線および２次
巻線であり、１１，１２は前記１次コア９ａと１次巻線
１０ａおよび２次コア９ｂと２次巻線１０ｂと、それを
収容するケーシング１１ａ，１２ｂからなる給電ヘッド
と受電ヘッドである。

【００３２】１３は前記給電ヘッド１１と受電ヘッド１
２間に挟持される金属以外の、例えば、窓ガラス等の介
在物であり、前記１次コア９ａと２次コア９ｂは端面を
互いに対向させた状態、つまり、１次コア９ａと２次コ
ア９ｂが交差しない状態で配置される。

【００３３】１４は後述する過電流保護回路１５を備え
て、前記結合トランスＡ₁の１次巻線１０ａに接続され
た給電装置であり、１６は前記給電装置１４により１次
巻線１０ａに電力を供給する交流電源である。１７，１
８は前記結合トランスＡ₁の２次巻線１０ｂに並列接続
された共振用のコンデンサと過電圧保護回路であり、１
９は前記２次巻線１０ｂと直列に接続した負荷（本実施
例では電球とする）である。

【００３４】なお、前記給電装置１４は交流電源１６か
ら給電装置１４に電力が給電されることにより、１次巻
線１０ａに高周波の交番電流を流せるものとする。

【００３５】前記１次巻線１０ａに交番電流が流れる
と、該１次巻線１０ａを巻回した１次コア９ａに磁束が
誘起される。そして、誘起された磁束は結合トランスＡ
₁の１次側と２次側間に挟持される窓ガラス等の介在物
１３を介して２次コア９ｂに鎖交し、これにより、２次
巻線１０ｂには電磁誘導により電流が流れる。

【００３６】このとき、結合トランスＡ₁の１次側と２
次側間の介在物の幅が広く、磁気抵抗が大きい場合、１
次コア９ａから２次コア９ｂに磁束が鎖交しにくくなる
ため、前記２次巻線１０ｂには電流が誘導されにくくな
る。

【００３７】図３はこの状態を示しており、図３（ａ）
に示すように、１次側と２次側間の介在物の幅が狭いと
きは、介在物１３の磁気抵抗は１次コア９ａの脚間の磁
気抵抗よりも小さいため、１次コア９ａに誘起された磁
束は１次コア９ａの脚間を通らず、介在物１３を介して
２次コア９ｂに鎖交するが、同図（ｂ）に示すように、
介在物１３の幅が広いと、介在物の磁気抵抗が１次コア
９ａの脚間の磁気抵抗よりも大きいため、１次コア９ａ
に誘起した磁束は１次コア９ａのみで鎖交する漏れ磁束
が増大する。

【００３８】これにより、２次コア９ｂには磁束が鎖交
しにくくなり、以て２次巻線１０ｂに誘導される電流も
小さくなり、負荷を動作させることができなくなるとい
った問題があった。

【００３９】この問題を解消するために、本発明の非接
触給電装置Ａにおいては、図１に示すように２次巻線１
０ｂに共振用のコンデンサ１７を並列に接続することに
より、２次巻線１０ｂと該コンデンサ１７により共振回
路を形成するようにした。

【００４０】前記共振回路を形成することにより、２次
側のインピーダンスは下がり、２次側には電流が流れや
すくなるのである。

【００４１】このときの等価回路を図４に示す。図４は
トランスの等価回路の出力側にコンデンサを接続したも
のであり、この回路において２次側のインダクタンスＬ
と共振用のコンデンサ１７によって共振回路２０を形成
し、２次側のインピーダンスを小さくすることによっ
て、２次側に電流が流れやすくなるように設定してい
る。

【００４２】次に、過電流保護回路１５について説明す
る。前記過電流保護回路１５は１次コア９ａと２次コア
９ｂが接触することにより発生する過電流や、突入電流
等の過電流から非接触給電装置Ａ自体を保護するもので
ある。

【００４３】その１実施例を図５に示す。図５に示す過
電流保護回路１５は、カレントトランス２１を１次巻線
１０ａの端子に取付けたものであり、前記カレントトラ
ンス２１の２次端子には一端を制御電源のグランドに接
地した抵抗２２が接続され、前記抵抗２２の他端は比較
器２３の一方の入力端子に接続されている。

【００４４】前記比較器２３の他方の入力端子には、比
較器２３が比較基準とする基準電圧（過電流と設定した
電流値を電圧に換算した電圧値）２４を出力する基準電
圧設定回路が接続されており、比較器２３の出力端子
は、発振回路２５の出力端子を一方の入力端子に接続し
たアンド回路２６の他方の入力端子に接続されている。

【００４５】前記アンド回路２６の出力端子は、スイッ
チング素子（図５ではＦＥＴ）２７のゲートに接続さ
れ、スイッチング素子２７のドレインは１次巻線１０ａ
の端子に接続され、ソースは給電装置１４のグランドに
接続されている。

【００４６】このように構成した過電流保護回路１５
は、抵抗２２の端子間電圧と、基準電圧設定回路２４が
出力する基準電圧とを比較器２３にて比較し、過電流状
態であると判断したとき、”Ｈ”もしくは”Ｌ”信号を
アンド回路２６に出力する。

【００４７】前記アンド回路２６は、この比較器２３の
出力信号と、発振回路２５からの信号のアンドを取り、
非接触給電装置Ａの高周波の交番電流を流すスイッチン
グ素子２７のゲート信号を抑制，停止する。これによ
り、非接触給電装置Ａの１次側には過電流が流れつづけ
ることはなく、装置が故障する心配もない。

【００４８】図６は前記過電流保護回路１５の他の構成
を示しており、スイッチング素子３３のソースにシャン
ト抵抗２８を直列に接続し、シャント抵抗２８の給電装
置１４側の端子を制御電圧のグランドに接地し、シャン
ト抵抗２８の他方の端子を比較器２９の一方の入力端子
に接続している。

【００４９】前記比較器２９の他方の入力端子には基準
電圧（過電流と設定した電流値を電圧に換算した電圧
値）を出力する基準電圧設定回路３０が接続され、比較
器２９の出力端子はアンド回路３２の一方の入力端子に
接続されている。前記アンド回路３２の他方の入力端子
には、発振回路３１の出力端子が接続されており、アン
ド回路３２の出力端子は、スイッチング素子３３（図６
ではＦＥＴ）のゲートに接続され、前記スイッチング素
子３３のドレインは１次巻線１０ａ、ソースは給電装置
１４のグランドにそれぞれ接続されている。

【００５０】前記構成の過電流保護回路１５は、シャン
ト抵抗２８の端子間電圧と、基準電圧設定回路３０が出
力する基準電圧とを比較器２９にて比較し、過電流状態
であると判断したとき、アンド回路３２に”Ｈ”もしく
は”Ｌ”信号を出力する。

【００５１】前記アンド回路３２はこの比較器２９の出
力信号と、発振回路３１からの信号のアンドを取り、非
接触給電装置Ａの高周波の交番電流を流すスイッチング
素子３３のゲート信号を抑制，停止する。なお、図５，
６に示す過電流保護回路１５はアンド回路２６，３２を
用いた場合について説明したが、論理によっては前記ア
ンド回路２６，３２に代えて、ナンド回路を使用するよ
うにしてもよい。

【００５２】つづいて、過電圧保護回路１８について図
７ないし図１５により説明する。前記過電圧保護回路１
８は１次コア９ａと２次コア９ｂの接触による過電圧
や、無負荷状態による過電圧の発生から、非接触給電装
置Ａおよび外部負荷を保護するものである。

【００５３】図７に示す過電圧保護回路１８は、コンデ
ンサ可変方式の過電圧保護回路であり、過飽和リアクト
ル３４と非共振用のコンデンサ（共振用のコンデンサ１
７に比べて、容量を非常に大きな値としている）３５を
直列に接続した状態で、これを共振用のコンデンサ１７
に並列に接続して構成されている。

【００５４】そして、２次側の出力電圧（負荷１９の両
端電圧）が設定した電圧値以下であるとき、前記過飽和
リアクトル３４と非共振用のコンデンサ３５に流れる電
流は、前記過飽和リアクトル３４が飽和しない程度の磁
束を２次コア９ｂに誘起する電流値となっている。

【００５５】しかし、前記出力電圧が設定した電圧値以
上（過電圧）になると、過飽和リアクトル３４と非共振
用のコンデンサ３５のインピーダンスは一定であるた
め、前記過飽和リアクトル３４と非共振用のコンデンサ
３５に流れる電流は増加し、過飽和リアクトル３４によ
って誘起される磁束も増加するため、前記過飽和リアク
トル３４は飽和状態の方向、つまり、図８に示すヒステ
リシスカーブの右上方向に移行していく。

【００５６】前記過飽和リアクトル３４が飽和状態（図
８に示すヒステリシスカーブの一番右上）になると、過
飽和リアクトル３４のインダクタンス値は０［Ｈ］、す
なわち、短絡した状態となり、図７（ｂ）に示す状態
（非共振用のコンデンサ３５が共振用のコンデンサ１７
と並列接続された状態）と等価となる。

【００５７】この状態では、図９に示す過飽和リアクト
ルの飽和前の曲線の特性から過飽和リアクトルの飽和後
の曲線の特性に変化することにより、前記過飽和リアク
トル３４の飽和後の電圧値は、過飽和リアクトル３４の
飽和前の共振周波数ｆ₁における電圧値（図９のＸ点）
となるため、過電圧を抑制することができる。なお、図
９に示す数式のうち、Ｌは過飽和リアクトル３４のイン
ダクタンス値であり、Ｃ₁₇，Ｃ₃₅はそれぞれコンデンサ
１７，３５の容量である。

【００５８】図１０は、インダクタンス可変方式の過電
圧保護回路を示すものであり、磁気増幅器３６を２次巻
線１０ｂと共振用のコンデンサ１７の間に並列に接続し
て構成されている。

【００５９】前記磁気増幅器３６は、例えば、図１１に
示すように、３脚コア３７の中央の脚に制御巻線３８を
巻回し、３脚コア３７の両端の脚に負荷巻線３９，４０
を巻回して構成され、制御巻線３８は３脚コア３７に誘
起する磁束を、制御巻線３８に通電する直流電流を増減
させることにより調節するものであり、負荷巻線３９，
４０は負荷１９に流す電流が流れる巻線であり、前記負
荷巻線３９，４０は同じ巻回数巻かれている。

【００６０】そして、２次側の出力電圧が設定した出力
電圧値以下であるとき、前記負荷巻線３９，４０に流れ
る電流によって誘起される磁束と、制御巻線３８に流れ
る電流によって誘起される磁束により、前記コア３７は
飽和状態、つまり、図８に示すヒステリシスカーブの一
番右上の状態となっている。

【００６１】前記コア３７が飽和状態にあるため、負荷
巻線３９，４０のインダクタンスは０［Ｈ］となり、負
荷巻線３９，４０の両端の電圧値は０［Ｖ］となる。前
記出力電圧値は負荷巻線３９，４０と負荷１９との分圧
比によって決定されるため、負荷１９には設定した電圧
値がそのまま印加されることとなる。

【００６２】一方、前記出力電圧が過電圧となったと
き、前記制御巻線３８に通電する直流電流を減少させる
と、コア３７は活性状態の方向、つまり、図８に示すヒ
ステリシスカーブの０点方向に移行する。

【００６３】この結果、前記負荷巻線３９，４０のイン
ダクタンス値は上昇し、負荷巻線３９，４０の電圧値は
上昇する。前記出力電圧値は負荷巻線３９，４０と負荷
１９との分圧比により決定されるため、前記出力電圧は
過電圧を抑えることが可能となるのである。

【００６４】つまり、前記インダクタンス可変方式の過
電圧保護回路は、負荷巻線３９，４０のインダクタンス
を変化させ、負荷１９との分圧比を変化させることによ
り、過電圧分を前記負荷巻線３９，４０に背負わせるこ
とによって、出力電圧の過電圧を抑制するのである。

【００６５】図１２は磁束量制御方式の過電圧保護回路
を示しており、２次コア９ｂと並列に、Ｃ型（本実施例
ではＣ型のものを例にとり説明するが、この形に限定す
るものではない）に形成した漏れ磁路コア４１の両端面
が当接するように取付け、前記漏れ磁路コア４１に交流
電流が流れる漏れ磁路巻線４２が巻回されている。

【００６６】前記磁束量制御方式の過電圧保護回路にお
いて、出力電圧が設定した電圧値以下であるとき、前記
漏れ磁路巻線４２に、前記漏れ磁路コア４１が飽和する
程度の交流電流を流し、漏れ磁路コア４１の磁気抵抗を
上げ、１次コア９ａから２次コア９ｂに鎖交した磁束が
前記漏れ磁路コア４１に鎖交しないようにしている。

【００６７】図１３はこの様子を示す図であり、図１３
（ａ）は前記漏れ磁路コア４１が飽和状態であるときの
磁束の流れを示している。この図からもわかるように、
１次コア９ａから２次コア９ｂに鎖交した磁束は、漏れ
磁路コア４１が、前記漏れ磁路巻線４２に流した電流に
より誘導された磁束によって飽和しているため、漏れ磁
路コア４１に鎖交することなく、２次コア９ｂにのみを
通過している。

【００６８】このように、１次コア９ａから２次コア９
ｂに鎖交した磁束が全て２次コア９ｂ内を通過すること
により、前記２次巻線１０ｂの両端には所定の電圧値が
発生し負荷１９を良好に動作させることができる。

【００６９】また、前記出力電圧が過電圧状態となる
と、漏れ磁路コア４１に流す交流電流を減少させること
により、前記漏れ磁路コア４１に誘起させる磁束を減少
させる。これにより、２次コア９ｂ側からみれば、漏れ
磁路コア４１内の磁気抵抗が小さくなるため、前記２次
コア９ｂから漏れ磁路コア４１に鎖交する磁束が増加す
る。

【００７０】この様子を図１３（ｂ）に示す。図１３
（ｂ）は前記漏れ磁路コア４１が活性状態にあるときの
磁束の流れを示しており、１次コア９ａから２次コア９
ｂに鎖交した磁束は、漏れ磁路コア４１の磁気抵抗が小
さくなることにより、漏れ磁路コア４１側に鎖交するよ
うになる。

【００７１】この結果、２次コア９ｂ内を通過する磁束
量は減少し、２次巻線１０ｂに発生する電圧も小さくな
るため、出力電圧の過電圧を確実に抑制することができ
るのである。

【００７２】つまり、前記磁束量制御方式の過電圧保護
回路は、過電圧の原因となる余剰磁束を漏れ磁路コア４
１にバイパスさせることにより、２次コア９ｂに鎖交す
る磁束を減少させて、発生電圧を抑制するものである。

【００７３】なお、前記漏れ磁路コア４１に流す交流電
流は、前記２次コア９ｂに鎖交する磁束と同じ周波数の
交流電流であり、前記２次コア９ｂから漏れ磁路コア４
１に鎖交する磁束を妨げる方向に磁束が誘起されるよう
に流すものとする。

【００７４】図１４は図１に示す給電ヘッド１１および
受電ヘッド１２のケーシング１１ａ，１２ａを形成する
材質を変更したときの、１次コア９ａと２次コア９ｂ間
の磁束の流れの変化を示すものであり、図１４（ａ）は
前記ケーシング１１ａ，１２ａを磁性体の金属にて形成
した場合を示しており、同図（ｂ）はケーシング１１
ａ，１２ａを非磁性体の樹脂にて形成した場合を示して
いる。

【００７５】図１４（ａ）に示すケーシング１１ａ，１
２ａを磁性体の金属で形成した場合、ケーシング１１
ａ，１２ａの磁気抵抗は小さいため、１次コア９ａの磁
束はケーシング１１ａ，１２ａに鎖交しやすく、この状
態で、１次コア９ａと２次コア９ｂ間の間隔を広げる
と、その間隔に比例して磁気抵抗が増加するため、より
一層１次側の磁束はケーシング１１ａに鎖交しやすくな
り、その結果、前記磁束は２次コア９ｂに鎖交しなくな
る。

【００７６】そこで、図１４（ｂ）に示すように、ケー
シング１１ａ，１２ａを非磁性体の樹脂にて形成する
と、１次コア９ａで誘起された磁束は、前記非磁性体の
樹脂からなるケーシング１１ａに鎖交することなく、２
次コア９ｂに鎖交しやすくなり、この結果、磁性体の金
属からなるケーシングと比較して、効率よく磁束を２次
コア９ｂに鎖交させることができる。

【００７７】さらに、前記ケーシング１１ａ，１２ａを
非磁性体の金属で構成することにより、漏れ磁束を減少
させることができる。図１５は前記ケーシング１１ａ，
１２ａを非磁性体の金属で構成したときに、漏れ磁束に
よって前記ケーシング１１ａに渦電流が誘導される様子
を示している。

【００７８】前記非磁性体の金属からなるケーシング１
１ａに漏れ磁束が通過すると、前記渦電流を妨げる向き
に電流が誘起され、該電流によって前記漏れ磁束を減少
させる方向（漏れ磁束とは逆向き）に磁束が誘導され
る。

【００７９】これにより、１次コア９ａで誘起された磁
束はケーシング１１ａ外に漏れにくくなり、２次コア９
ｂに効率よく鎖交させることができる。図１６はこのと
きの磁束の流れを示しており、１次側と２次側間で磁束
が効率的に鎖交されていることがよくわかる。このよう
に、漏れ磁束をケーシング１１ａ外に漏れ難くすること
により、輻射ノイズの低減化が可能となる。

【００８０】また、前記非磁性体の金属で構成したケー
シング１１ａ，１２ａの厚さを１［ｍｍ］以上とするこ
とで、ケーシング１１ａ，１２ａの抵抗率を下げ、渦電
流によるケーシング１１ａ，１２ａの発熱を抑え、損失
を低減し、効率を上げることも可能である。

【００８１】

【発明の効果】本発明の非接触給電装置Ａは、１次側の
給電ヘッドと２次側の受電ヘッドを交差することなく対
向して配置するように構成したため、前記給電ヘッドと
受電ヘッド間に窓ガラス等、金属以外の介在物が存在し
ていても、良好に１次側から２次側に電力の供給がで
き、便利である。

【００８２】また、本発明の非接触給電装置Ａは、高価
なリッツ線や高周波電流源を全く必要としないため、製
品コストを低減できるとともに、前記リッツ線を２次コ
アと接触しないように精度良く配設するといった面倒な
作業も必要ないため、製造コストも削減でき、経済的な
製造が可能となる。

【００８３】さらに、本発明の非接触給電装置Ａは、２
次側に共振用のコンデンサを接続し、２次巻線と共振用
のコンデンサを共振させて、２次側のインピーダンスを
下げるように構成しているため、２次側に電流が流れや
すくなり、連続して大きな電力を給電でき、至便であ
る。

【００８４】しかも、本発明の非接触給電装置Ａは、過
電流および過電圧状態を解消する保護回路を備えて構成
されているので、外部負荷や非接触給電装置Ａ自体が破
壊されることを未然に防止でき、装置の信頼性を向上さ
せることができる。

【００８５】その上、本発明の非接触給電装置Ａは、１
次側と２次側を被覆・収容するケーシングを、非磁性体
の樹脂もしくは非磁性体の金属によって構成することに
より、１次側から２次側への給電効率を良好に高め、ま
た、前記ケーシングを非磁性体の金属にて構成した場合
は、ケーシングの厚さを１ミリ以上とすることにより、
ケーシングの発熱（ケーシングによる損失）が低減で
き、給電効率を飛躍的に向上させることができ、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概要を示す構成図で
ある。

【図２】図中、（ａ）は、給電ヘッドおよび受電ヘッド
の配置状態を示す縦断面図であり、また、（ｂ）は前記
ヘッドと窓ガラス等の介在物との位置関係を示す正面図
である。

【図３】図中、（ａ）は、１次コアと２次コア間に介在
する介在物の幅が狭い場合の磁束の流れを示しており、
また、（ｂ）は前記介在物の幅が広い場合の磁束の流れ
を示している。

【図４】結合トランスと共振用のコンデンサの等価回路
を示す回路図である。

【図５】カレントトランスを用いた過電流保護回路を示
す回路図である。

【図６】シャント抵抗を用いた過電流保護回路を示す回
路図である。

【図７】図中、（ａ）は、コンデンサ可変方式の過電圧
保護回路を示す回路図であり、また、（ｂ）は前記コン
デンサ可変方式の過電圧保護回路において、過飽和リア
クトルが飽和した状態における、コンデンサ可変方式の
過電圧保護回路の等価回路である。

【図８】ヒステリシスカーブを表した図である。

【図９】過飽和リアクトルの飽和前と飽和後における周
波数−電圧特性を表した図である。

【図１０】インダクタンス可変方式の過電圧保護回路を
示す回路図である。

【図１１】磁気増幅器の構成図である。

【図１２】磁束量制御方式の過電圧保護回路を示す回路
図である。

【図１３】図中、（ａ）は、漏れ磁路コアが飽和状態の
ときの磁束の流れを示す図であり、また、（ｂ）は漏れ
磁路コアが活性状態のときの磁束の流れを示す図であ
る。

【図１４】図中、（ａ）は、ケーシングを磁性体にて構
成したときの磁束の流れを示す図であり、また、（ｂ）
はケーシングを非磁性体の樹脂にて構成したときの磁束
の流れを示す図である。

【図１５】漏れ磁束によりケーシングに生じる渦電流を
表した図である。

【図１６】ケーシングを非磁性体の金属材料により構成
したときの磁束の流れを示す図である。

【図１７】図中、（ａ）は、カレントトランス式の非接
触給電装置を示す斜視図であり、また、（ｂ）は前記カ
レントトランス式の非接触給電装置を示す側面図であ
り、さらに、（ｃ）は前記カレントトランス式の非接触
給電装置を示す正面図である。

【図１８】図中、（ａ）は、非接触方式にて構成された
電動歯ブラシ等の充電器の縦断面図であり、また、
（ｂ）は前記充電器を側方より示す図である。

【符号の説明】

９ａ１次コア９ｂ２次コア１０ａ１次巻線１０ｂ２次巻線１１給電ヘッド１２受電ヘッド１１ａ，１２ａケーシング１３介在物１４給電装置１５過電流保護装置１６交流電源１７共振用のコンデンサ１８過電圧保護回路１９負荷２０共振回路２１カレントトランス２２抵抗２３，２９比較器２４，３０基準電圧設定回路２５，３１発振回路２６，３２アンド回路２７，３３スイッチング素子２８シャント抵抗３４過飽和リアクトル３５非共振用のコンデンサ３６磁気増幅器３７３脚コア３８制御巻線３９，４０負荷巻線４１漏れ磁路コア４２漏れ磁路巻線Ａ非接触給電装置Ａ₁ 結合トランス

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年５月１日（２０００．５．１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７８】前記非磁性体の金属からなるケーシング１
１ａに漏れ磁束が通過すると、前記漏れ磁束を妨げる向
きに渦電流が誘起され、該電流によって前記漏れ磁束を
減少させる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１５】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｈ０２Ｊ 7/00 ３０１Ｈ０１Ｆ 31/00 ＡＭ (72)発明者伊佐治伸司長野県長野市川中島町原1280 長野愛知電機株式会社内Ｆターム(参考） 5G003 AA01 BA01 FA04 GB08 5H105 AA09 BB07 CC02 CC19 DD10 GG04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結合トランスの１次コアと２次コアを個
々に分離可能となし、前記１次コアと２次コアをそれぞ
れ巻回する１次巻線と２次巻線を有し、前記１次巻線を
巻回した１次コアと２次巻線を巻回した２次コアの端面
が互いに交差することなく、対向配置して構成したこと
を特徴とする非接触給電装置。
【請求項２】請求項１記載の非接触給電装置におい
て、結合トランスの１次側と２次側との間に金属以外の
介在物を挟持する間隙を備え、非接触により前記１次側
から２次側へ電力の供給を行うことを特徴とする非接触
給電装置。
【請求項３】請求項１，２記載の非接触給電装置にお
いて、前記２次巻線に、該２次巻線と共振させるための
共振用のコンデンサを並列に接続し、２次巻線と共振用
のコンデンサが共振し、２次側のインピーダンスが下が
ることにより、２次側へ電流を流れやすくして、結合ト
ランスの１次側から２次側へ電力を供給するようにした
ことを特徴とする非接触給電装置。
【請求項４】請求項１ないし３記載の非接触給電装置
において、前記１次巻線にカレントトランスを接続し、
１次巻線に流れる電流を前記カレントトランスと、カレ
ントトランスの２次端子に接続した抵抗にて電圧変換し
た電圧値と、あらかじめ設定した過電流となる電流値を
電圧換算した電圧値とを比較器にて比較し、１次巻線に
流れる電流が過電流となったとき、交番電流を流すスイ
ッチング素子のゲート信号を抑制，停止する過電流保護
回路を備えて構成したことを特徴とする非接触給電装
置。
【請求項５】請求項１ないし３記載の非接触給電装置
において、前記１次巻線にシャント抵抗を直列に接続
し、１次巻線に流れる電流を前記シャント抵抗にて電圧
変換した電圧値と、あらかじめ設定した過電流となる電
流値を電圧換算した電圧値とを比較器にて比較し、前記
１次巻線に流れる電流が過電流となったとき、交番電流
を流すスイッチング素子のゲート信号を抑制，停止する
過電流保護回路を備えて構成したことを特徴とする非接
触給電装置。
【請求項６】請求項３ないし５記載の非接触給電装置
において、過飽和リアクトルと非共振用のコンデンサを
直列に接続した回路を前記共振用のコンデンサに並列に
接続し、出力電圧が過電圧となったとき、前記過飽和リ
アクトルに流れる電流が増加し、これに誘導される磁束
の増加によって前記過飽和リアクトルが磁気飽和して短
絡状態となり、前記共振用のコンデンサと非共振用のコ
ンデンサが並列接続された状態とすることによって、共
振時の電圧値から非共振時の電圧値へと変化させて、過
電圧を抑制するコンデンサ可変方式の過電圧保護回路を
備えて構成したことを特徴とする非接触給電装置。
【請求項７】請求項３ないし５記載の非接触給電装置
において、前記共振用のコンデンサに磁気増幅器を並列
に接続し、出力電圧が過電圧となったとき、前記磁気増
幅器の制御巻線に通電する直流電流を減少させることに
より、磁気増幅器に鎖交する磁束量を減じ、前記磁気増
幅器の負荷巻線のインダクタンスを大きくさせることに
より、外部負荷との分圧比を可変させ、過電圧分を磁気
増幅器の負荷巻線のインダクタンスで背負うことによ
り、出力電圧の過電圧を抑制するインダクタンス可変方
式の過電圧保護回路を備えて構成したことを特徴とする
非接触給電装置。
【請求項８】請求項３ないし５記載の非接触給電装置
において、前記２次コアに漏れ磁路を形成するコアを併
設し、出力電圧が過電圧となったとき、前記漏れ磁路を
形成するコアに巻回した制御巻線に通電する交流電流を
減らすことにより、漏れ磁路を形成するコアに誘起され
る磁束量を減少させ、磁気抵抗を下げることによって、
前記２次コアに鎖交する磁束の一部を漏れ磁路を形成す
るコアに鎖交させ、過電圧を抑制する磁束量制御方式の
過電圧保護回路を備えて構成したことを特徴とする非接
触給電装置。
【請求項９】請求項１ないし８記載の非接触給電装置
において、結合トランスの１次側と２次側を収容するケ
ーシングを非磁性体の樹脂にて構成することにより、１
次側で誘起された磁束を、１次側のケーシングに鎖交さ
せず、２次側コアに鎖交させるようにしたことを特徴と
する非接触給電装置。
【請求項１０】請求項１ないし８記載の非接触給電装
置において、結合トランスの１次側と２次側を収容する
ケーシングを非磁性体の金属にて構成することにより、
漏れ磁束が、前記ケーシングを通過するときに発生させ
る渦電流を妨げる方向に誘起する磁束によって、漏れ磁
束を減少させるようにしたことを特徴とする非接触給電
装置。
【請求項１１】請求項１０記載の非接触給電装置にお
いて、前記非磁性体の金属からなるケーシングの厚さを
１ミリ以上に設定し、前記ケーシングの抵抗率を下げ、
渦電流によるケーシングの発熱を抑制するように構成し
たことを特徴とする非接触給電装置。