JP2002152997A - 高周波形リモート電源供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベース部からリモート部へワイヤレス伝送す
る電源電力の低下を抑え、高い伝送効率を維持する。 【解決手段】 ベース部９のドライブ制御回路１１は伝
送するための電源用高周波信号を発生し、位相反転回路
１３はその高周波信号の位相をそのまま又は反転させて
各々ドライブ回路１５、１７へ出力する。トランジスタ
Ｑ１、Ｑ２は交互にオンオフ動作して第１の共振回路１
９をその電源用高周波信号で共振させ、ベース部９から
外部へ電源用高周波信号を電磁的に発射する。リモート
部２１の第２の共振回路２３は、第１の共振回路１９よ
り２倍高い共振周波数に選定され、電源用高周波信号を
誘起する。整流平滑回路２５は誘起された電源用高周波
信号を整流平滑し、安定化回路２７はそれを安定化して
リモート部２１の負荷側へ駆動電源として供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高周波形リモート電
源供給装置に係り、被検出物の検出やこの検出結果に対
応した種々の動作をさせるリモート部に対し、ベース部
からワイヤレスで電源電力をリモート伝送する高周波形
リモート電源供給装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば組立てラインにおいては、移動す
るコンテナやトレーに部品や部材を配置、取付けて製品
を組立ててゆくが、それら配置や取付けられた部品や部
材をコンテナやトレー上で検知したり検査する場合、リ
モート部としてのそれらコンテナやトレーに対してベー
ス部からワイヤレスで電源電力をリモート伝送する必要
がある。

【０００３】従来、この種の用途に使用される電源供給
装置としては、図７に示すように高周波形リモート電源
供給装置が用いられている。

【０００４】すなわち、ベース部１にて例えば２０ＫＨ
ｚのパルス信号を発振し、コイルＬ１とコンデンサＣ１
からなりその２０ＫＨｚに共振させた共振回路３からそ
の２０ＫＨｚの電源用高周波信号を電磁的に外部へ発射
するとともに、リモート部５ではベース部１から電磁的
に伝送された電源用高周波信号をコイルＬ２とコンデン
サＣ２からなりその２０ＫＨｚに共振させた共振回路７
で誘起させるとともに、この誘起させた電源用高周波信
号を整流平滑してリモート部５（コンテナやトレー）の
駆動電源として利用するものである。

【０００５】そして、リモート部５は、ベース部１から
ワイヤレス伝送された電源電力により、例えば部品や部
材をスイッチＳＷ１、ＳＷ２、……ＳＷｎで検出したと
き発光ダイオードＤ１〜Ｄｎを発光駆動させたり、図示
しないアームなどの機械的動作をさせる訳である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た構成の高周波形リモート電源供給装置では、電源電力
を効率良くベース部１からリモート部５へ伝送させるた
めに、図８Ａに示すように、ベース部１及びリモート部
５の共振回路３、７の共振周波数を共に同一周波数（ｆ
０：２０ＫＨｚ）に一致させ又は可能な限り近づけてい
るが、ベース部１及びリモート部５の共振回路３、７を
互いに接近させると、同図Ｂに示すように、予め設定し
たベース部１及びリモート部５の共振回路３、７の共振
周波数がずれ易い。

【０００７】しかも、例えばベース部１の共振回路３の
共振周波数がリモート部５の共振回路７の共振周波数に
対して低い場合には、共振回路３の共振周波数がより低
い周波数ｆ１（ｆ１＜ｆ０）方向にずれる一方、リモー
ト部５の共振回路７の共振周波数はより高い周波数ｆ２
（ｆ０＜ｆ２）方向へずれ易く、互いに共振周波数の隔
たりが大きくなり易い。

【０００８】その結果、ベース部１側において、２０Ｋ
Ｈｚの高周波信号を共振回路３に印加して共振ドライブ
させても、共振回路３のインピーダンスが上昇して共振
電流があまり効率的に流れず、ワイヤレス伝送される電
源電力が低下する。

【０００９】他方、リモート部５の共振回路７において
も、同様の理由から伝送される高周波の誘起レベルが低
下し、ベース部１側からリモート部５側へ効率良く電源
電力を伝送し難い難点がある。

【００１０】特に、最近のリモート部５では、部品や部
材を検出するスイッチＳＷ１、ＳＷ２、……ＳＷｎの数
が増加したり、ロボットアームその他機械的動作をさせ
る機構が豊富化される傾向にあり、リモート部５へワイ
ヤレス伝送する電力の増大や損失低下が望まれている。

【００１１】本発明はこのような状況の下になされたも
ので、ベース部からリモート部へワイヤレス伝送する電
源電力の低下を抑え、効率の良好な電源電力伝送を確保
できる高周波形リモート電源供給装置の提供を目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明の高周波形リモート電源供給装置は、所
定の高周波信号に共振する第１の共振回路を有し、この
第１の共振回路をその高周波信号で共振させて外部へ電
源用高周波信号を発射するベース部と、このベース部の
第１の共振回路に電磁的に結合する第２の共振回路、及
びこの第２の共振回路に誘起した電源用高周波信号を整
流平滑して駆動電源を供給する整流平滑回路を有すると
ともにその駆動電源によって電子的動作をするリモート
部とを具備し、特に、そのリモート部側の第２の共振回
路の共振周波数を、そのベース部側の第１の共振回路の
共振周波数の整数倍の関係に選定したものである。

【００１３】また、本発明では、上記ベース部側の第１
の共振回路をコイルとコンデンサからなる直列共振回路
で形成することが好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１において、ベース部９は、ド
ライブ制御回路１１、位相反転回路１３、第１のドライ
ブ回路１５、第２のドライブ回路１７、スイッチ素子と
してのトランジスタＱ１、Ｑ２及び第１の共振回路１９
を有して形成されている。なお、第１及び第２のドライ
ブ回路１５、１７は図ではドライブ回路と略称する。

【００１５】図１中の符号ＥはトランジスタＱ１及びベ
ース部９を形成する回路に接続された電源であり、商用
交流電源から得られた直流電源又は電源電池である。

【００１６】リモート部２１は、第２の共振回路２３、
整流平滑回路２５及び安定化回路２７を有して形成され
ている。リモート部２１における各種の動作をする負荷
の図示は省略した。

【００１７】ベース部９のドライブ制御回路１１は、ベ
ース部９からリモート部２１へ電源電力を伝送するため
の電源用高周波信号、例えば２０ＫＨｚのＰＷＭ信号
（図２Ａ参照）を作成するとともに、入力した制御信号
Ｓに基づきそのＰＷＭ信号のデューティ比を可変させる
機能を有し、位相反転回路１３に接続されている。

【００１８】制御信号Ｓは、外部から手動で可変設定入
力させたり、リモート部２１側にて基準電圧と後述する
駆動電圧とを比較した偏差量を小さくする制御量を適当
な手段でベース部９側へ高周波信号に乗せてワイヤレス
伝送して検出した信号であり、伝送させる電源電力を増
加させる場合にはＰＷＭ信号のデューティ比（オン期
間）を長くし、伝送させる電源電力を減少させる場合に
はＰＷＭ信号のデューティ比（オン期間）を短く制御さ
れる。

【００１９】位相反転回路１３は、例えば図３に示すよ
うに、ドライブ制御回路１１の出力側と第１のドライブ
回路１５の入力側との間に接続された抵抗Ｒ１及びダイ
オードｄ１の並列回路と、抵抗Ｒ１及びダイオードｄ１
の出力側と接地間に接続されたコンデンサＣ３と、ドラ
イブ制御回路１１の出力側に接続されたインバータＩ
と、このインバータＩの出力側と第２のドライブ回路１
７の入力側との間に接続された抵抗Ｒ２及びダイオード
ｄ２の並列回路と、抵抗Ｒ２及びダイオードｄ２の出力
側と接地間に接続されたコンデンサＣ４とを有して形成
されている。なお、ダイオードｄ１、ｄ２は逆方向接続
されている。

【００２０】そのため、位相反転回路１３は、図２Ｂに
示すように、ドライブ制御回路１１から出力されたＰＷ
Ｍ信号をそのまま第１のドライブ回路１５へ出力すると
ともに、同図Ｃに示すように、反転させたＰＷＭ信号を
第２のドライブ回路１７へ出力する一方、第２のドライ
ブ回路１７へ出力されるＰＷＭ信号の立下がりタイミン
グより第１のドライブ回路１５へ出力されるＰＷＭ信号
の立上がりタイミングをｔ分だけ遅らせる一方、第１の
ドライブ回路１５へ出力されるＰＷＭ信号の立下がりタ
イミングより第２のドライブ回路１７へ出力されるＰＷ
Ｍ信号の立上がりタイミングをｔ分だけ遅らせ、後述す
るように、トランジスタＱ１、Ｑ２におけるオンオフの
タイミングを一致させないようにしている。

【００２１】第１及び第２のドライブ回路１５、１７
は、図１に示すように、位相反転回路１３から出力され
たＰＷＭ信号のＨレベル期間にてトランジスタＱ１、Ｑ
２をオンドライブするものであり、スイッチ素子として
のトランジスタＱ１、Ｑ２のベースに各々接続されてい
る。

【００２２】トランジスタＱ１のコレクタは電源Ｅに接
続されており、エミッタはトラジンスタＱ２のコレクタ
に直列接続されている。

【００２３】トラジンスタＱ２のエミッタは接地されて
おり、コレクタとエミッタ間にはコンデンサＣ５とコイ
ルＬ３からなる直列共振形の第１の共振回路１９が接続
されている。

【００２４】この第１の共振回路１９の共振周波数は、
図４に示すように、上述したＰＷＭ信号の周波数ｆ０で
ある２０ＫＨｚに選定されている。

【００２５】リモート部２１の第２の共振回路２３は、
コイルＬ４とコンデンサＣ６の並列共振回路であり、図
４に示すように、その共振周波数ｆ３がＰＷＭ信号の周
波数（２０ＫＨｚ）すなわちベース部９の第１の共振回
路１９の共振周波数ｆ０の２倍（４０ＫＨｚ）に選定さ
れており、整流平滑回路２５に接続されている。

【００２６】整流平滑回路２５は、第２の共振回路２３
に誘起された電源用高周波信号を整流平滑して直流電圧
を出力するもので、安定化回路２７に接続されている。

【００２７】整流平滑回路２５は、例えば図５に示すよ
うに、第２の共振回路２３の一端に順方向接続されたダ
イオードｄ３と、第２の共振回路２３の他方の接地側端
からダイオードｄ３のカソードに順方向接続されたダイ
オードｄ４と、ダイオードｄ３、ｄ４の接続点に接続さ
れたチョークコイルＣＨと、チョークコイルＣＨの出力
側と接地間に接続された平滑コンデンサＣ７とを有して
形成されており、チョークコイルＣＨと平滑コンデンサ
Ｃ７の接続点が安定化回路２７に接続されている。

【００２８】安定化回路２７は、これが接続された負荷
回路（図示せず。）が変動しても整流平滑回路２５から
の直流電圧を一定に保つ従来公知の回路である。

【００２９】次に本発明に係る高周波形リモート電源供
給装置の動作を簡単に説明する。図１のベース部９にお
いて、ドライブ制御回路１１が図２Ａのような２０ＫＨ
ｚのＰＷＭ信号を位相反転回路１３へ出力すると、位相
反転回路１３ではそのＰＷＭ信号をＨレベルとＬレベル
の位相関係をそのままにして第１のドライブ回路１５へ
出力する一方、ＨレベルとＬレベルの関係を反転させた
ＰＷＭ信号を第２のドライブ回路１７へ出力する。

【００３０】これらのＰＷＭ信号の間では、第２のドラ
イブ回路１７へ出力されたＰＷＭ信号の立下がりタイミ
ングより第１のドライブ回路１５へ出力されるＰＷＭ信
号の立上がりタイミングがｔだけ遅れる一方、第１のド
ライブ回路１５へ出力されるＰＷＭ信号の立下がりタイ
ミングより第２のドライブ回路１７へ出力されるＰＷＭ
信号の立上がりタイミングがｔだけ遅れる。

【００３１】第１及び第２のドライブ回路１５、１７
は、位相反転回路１３から出力されたＰＷＭ信号に基づ
きトランジスタＱ１、Ｑ２を交互にオンオフする。

【００３２】そのため、トランジスタＱ１がオン動作す
る期間ではトランジスタＱ２がオフ動作し、電源Ｅから
の電源電流がトランジスタＱ１からコンデンサＣ５へ流
れてこれを充電する。

【００３３】トランジスタＱ２がオン動作する期間では
トランジスタＱ１がオフ動作し、コンデンサＣ５から充
電電流がトランジスタＱ２を経て接地へ流れ、この繰り
返しによって第１の共振回路１９が基本周波数である２
０ＫＨｚで共振するとともに、整数倍の高調波でも共振
する。

【００３４】図６は、第１の共振回路１９の近傍におい
て実験的に検出された基本周波数ｆ０及びその高調波ｆ
３……の概略波形である。

【００３５】なお、トランジスタＱ２のオン動作期間が
長いほど第１の共振回路１９に流れる共振電流が大きく
なる。

【００３６】しかも、リモート部２１の第２の共振回路
２３の共振周波数ｆ３が第１の共振回路１９の共振周波
数ｆ０より２倍高く離れているから、第１の共振回路１
９に第２の共振回路２３が接近しても第１の共振回路１
９の共振周波数ｆ０が変化し難い。

【００３７】他方、リモート部２１の第２の共振回路２
３は、ベース部９の共振回路１９の共振周波数ｆ０の２
倍である４０ＫＨｚに選定されているから、この共振回
路２３には４０ＫＨｚの高周波数信号が誘起される。

【００３８】この場合でも、第２の共振回路２３の共振
周波数ｆ３は、ベース部９の第１の共振回路１９の共振
周波数ｆ０より２倍高く離れているから、それが接近し
ても共振周波数ｆ３が変化し難いし、基本の周波数ｆ０
である２０ＫＨｚに比べて誘起電圧が若干低下するもの
の大きく低下することはない。

【００３９】第２の共振回路２３で誘起された４０ＫＨ
ｚの電源用高周波信号は、整流平滑回路２５のダイオー
ドｄ３、ｄ４で全波整流されるとともにチョークコイル
ＣＨと平滑コンデンサＣ７で平滑され、直流電圧が駆動
電源電圧として安定化回路２７に加えられる。

【００４０】安定化回路２７は、整流平滑回路２５から
の直流電圧を安定化させた状態で負荷側へ駆動電源電圧
として供給する。

【００４１】このように本発明の高周波形リモート電源
供給装置では、ベース部９において、電源電力を伝送す
るための電源用高周波信号をドライブ制御回路１１で形
成し、位相反転回路１３にてその高周波信号のＨレベル
とＬレベルをそのままにしたドライブ信号とＨレベルと
Ｌレベルを反転させたドライブ信号とを形成して各々ド
ライブ回路１５、１７へ出力してトランジスタＱ１、Ｑ
２を交互にオンオフ動作させ、トランジスタＱ１、Ｑ２
にて第１の共振回路１９をその電源用高周波信号で共振
動作させて外部へ電源用高周波信号を発射する一方、こ
の第１の共振回路１９に電磁的に結合する第２の共振回
路２３であって第１の共振回路１９の共振周波数より２
倍高く選定された第２の共振回路２３にその電源用高調
波信号を誘起させ、その誘起した電源用高周波信号を整
流平滑回路２５で整流平滑するとともに、安定化回路２
７にて安定化した駆動電源を負荷側へ供給する構成とし
た。

【００４２】そのため、ベース部９の第１の共振回路１
９とリモート部２１の第２の共振回路２３が互いに接近
しても、互いの共振周波数が変化し難く、ベース部９の
第１の共振回路１９から発射される磁力が低下し難くな
る一方、リモート部２１の第２の共振回路２３に誘起す
る電源用高周波信号も低下し難く、リモート部２１側で
得られる電源電力の低下を小さく抑えることが可能とな
る。

【００４３】もっとも、リモート部２１の第２の共振回
路２３で誘起される電源用高周波信号はベース部９側の
第１の共振回路１９の共振周波数の２倍であって基本と
なる周波数ｆ０の高周波信号ではないから、図６に示す
ように、基本となる周波数信号ｆ０を誘起する場合に比
べて若干レベルが低くなり易い。

【００４４】しかし、ベース部９の第１の共振回路１９
の共振周波数が変化して磁力が低下したり、リモート部
２１の第２の共振回路２３の共振周波数が変化して電源
用高周波信号の誘起レベルが低下する場合に比べて、そ
の低下ははるかに小さく、伝送損失を低く抑えて高い電
源伝送効率を維持できる利点がある。

【００４５】しかも、第１の共振回路１９は、直列共振
回路であるから並列共振回路に比べて共振電流が多く流
れ易くて発生する磁力も強くなり、この観点からも伝送
する電源電力の低下を小さく抑えることができる。

【００４６】上述した本発明に係る構成では、ドライブ
制御回路１１、位相反転回路１３、ドライブ回路１５、
１７及びトランジスタＱ１、Ｑ２でベース部９を形成し
たし、リモート回路２１も整流平滑回路２５及び安定化
回路２７を有して形成したが、本発明におけるベース部
９及びリモート回路２１の構成は任意であり、第１の共
振回路１９と第２の共振回路２３を有しそれらの共振周
波数を互いに整数倍に離せば本発明の目的達成が可能で
ある。

【００４７】もっもと、ベース部９から強い磁力を発生
させる観点から、第１の共振回路１９の共振周波数は、
ベース部９で形成する基本的な発振周波数ｆ０に合わせ
ることが好ましい。

【００４８】さらに、第１の共振回路１９は直列共振形
に限定されるものではなく、並列共振形を採用しても良
いが、共振時の共振電流が大きくベース部９から強い磁
力を発生できる観点から、直列共振回路を採用すること
が好ましい。

【００４９】さらにまた、第２の共振回路２３の共振周
波数は第１の共振回路１のそれより２倍高く選定する必
要はなく、整数倍高く選定すれば本発明の目的達成が可
能であるものの、互いの共振周波数が変動せず第２の共
振回路２３で高いレベルの電源用高周波信号を誘起させ
る観点から、第２の共振回路２３の共振周波数を第１の
共振回路１９のそれより２倍高く選定することが好まし
い。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る高周波
形リモート電源供給装置は、ベース部に所定の高周波信
号に共振する第１の共振回路を設け、この第１の共振回
路を共振させて外部へ電源用高周波信号を発射し、リモ
ート部にはその第１の共振回路に電磁的に結合する第２
の共振回路、及びこの第２の共振回路に誘起した電源用
高周波信号を整流平滑して駆動電源を供給する整流平滑
回路を設け、特に、そのリモート部側の第２の共振回路
の共振周波数をベース部側の第１の共振回路のそれに対
して整数倍高く選定したから、ベース部からリモート部
へワイヤレス伝送する電源電力の低下を抑え、電源電力
を効率良く伝送できる。また、上記ベース部側の第１の
共振回路をコイルとコンデンサからなる直列共振回路で
形成する構成では、ベース部からリモート部へワイヤレ
ス伝送する電源電力をより一層低下させずに高く維持で
きる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高周波形リモート電源供給装置の実施
の形態を示す概略ブロック図である。

【図２】図１の高周波形リモート電源供給装置の動作を
説明する波形図である。

【図３】図１中の位相反転回路の構成を示す回路図であ
る。

【図４】図１の第１及び第２の共振回路の共振周波数の
関係を示す図である。

【図５】図１のリモート部の概略構成を示すブロック回
路図である。

【図６】本発明の高周波形リモート電源供給装置の動作
を説明する波形図である。

【図７】従来の高周波形リモート電源供給装置を示すブ
ロック図である。

【図８】図７の高周波形リモート電源供給装置における
第１及び第２の共振回路の共振周波数の関係を示す図で
ある。

【符号の説明】

１、９ ベース部 ３、７ 共振回路 ５、２１ リモート部 １１ ドライブ制御回路 １３ 位相反転回路 １５ 第１のドライブ回路（ドライブ回路） １７ 第２のドライブ回路（ドライブ回路） １９ 第１の共振回路 ２３ 第２の共振回路 ２５ 整流平滑回路 ２７ 安定化回路 Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７ コンデン
サ ＣＨ チョークコイル Ｄ１〜Ｄｎ 発光ダイオード ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４ ダイオード Ｅ 電源 Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４ コイル Ｑ１、Ｑ２ トランジスタ（スイッチ素子） ＳＷ１〜ＳＷｎ スイッチ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の高周波信号に共振する第１の共振
   回路を有し、この第１の共振回路を前記高周波信号で共
   振させて外部へ電源用高周波信号を発射するベース部
   と、 このベース部の前記第１の共振回路に電磁的に結合する
   第２の共振回路と、この第２の共振回路に誘起した前記
   電源用高周波信号を整流平滑して駆動電源を供給する整
   流平滑回路とを有し、前記駆動電源によって電子的動作
   をするリモート部と、 を具備する高周波形リモート電源供給装置において、 前記リモート部側の前記第２の共振回路の共振周波数
   を、前記ベース部側の前記第１の共振回路の共振周波数
   の整数倍に選定したことを特徴とする高周波形リモート
   電源供給装置。
2. 【請求項２】 前記ベース部側の前記第１の共振回路
   は、コイルとコンデンサからなる直列共振回路で形成さ
   れた請求項１記載の高周波形リモート電源供給装置。