JP2003037949A

JP2003037949A - 非接触電力伝達装置

Info

Publication number: JP2003037949A
Application number: JP2001225472A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kojima; 猛児島
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2003-02-07

Abstract

(57)【要約】【課題】電力供給部と負荷部との磁気的な結合状態が不
十分であっても安定した電力伝達を可能とする。【解決手段】信号伝達用１次コイルＮｆ１は、電力伝達
用２次コイルＮｍ２と磁気的に結合された電圧源コイル
Ｎｖと負荷２３との直列回路に並列接続されている。而
して、信号伝達用１次コイルＮｆ１には電圧源コイルＮ
ｖに応じた電圧が誘起され、負荷部２０が電力供給部１
０の所定位置から若干ずれて配置された場合や電力伝達
用１次コイルＮｍ１と電力伝達用２次コイルＮｍ２との
密着度合いが充分でない場合においても、スイッチング
素子ＦＥＴ１を駆動するのに充分な電圧を信号伝達用２
次コイルＮｍ２からバイアス電圧Ｖ_Bに重畳させて自励
発振回路を安定して発振させることができる。その結
果、電力供給部１０と負荷部２０との磁気的な結合状態
が不十分であっても安定した電力伝達が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源部側の電力伝
達用１次コイルと負荷部側の電力伝達用２次コイルとの
間で電磁誘導によって非接触で電力を伝達する非接触電
力伝達装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の非接触電力伝達装置とし
て、本出願人は図８に示すような回路構成のものを提案
している（特開平１１−１７８２４９号公報参照）。こ
の従来装置は、互いに分離して形成された電力供給部１
０と負荷部２０とを備え、電力供給部１０に負荷部２０
が着脱可能に構成されている。

【０００３】まず、電力供給部１０の回路構成について
説明する。電力供給部１０は、直流電源Ｅ１や電力伝達
用１次コイルＮｍ１などを備え、自励式Ｃ級共振型イン
バータを構成し、負荷部２０が装着されると電磁誘導に
より負荷部２０に電力を供給するものである。直流電源
Ｅ１及び電源スイッチＳ１からなる直列回路には、起動
抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１からなる直列回路が並列に
接続されている。この起動抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１
からなる直列回路によって、バイアス回路が構成されて
おり、起動抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の接続点には、コ
ンデンサＣ１の充電電圧によるバイアス電圧Ｖ_C1が発生
するようになっている。

【０００４】また、直流電源Ｅ１及び電源スイッチＳ１
からなる直列回路には、電力伝達用１次コイルＮｍ１及
びスイッチング素子ＦＥＴ１からなる直列回路が並列に
接続されている。電力伝達用１次コイルＮｍ１には、コ
ンデンサＣ２が並列接続されており、共振回路が構成さ
れている。信号伝達用２次コイルＮｆ２は、起動抵抗Ｒ
１とコンデンサＣ１の接続点、すなわちバイアス電圧Ｖ
_C1の発生点とスイッチング素子ＦＥＴ１のゲートとの間
に接続され、帰還コイルを兼用している。而して、上記
共振回路、スイッチング素子ＦＥＴ１及び信号伝達用２
次コイルＮｆ２によって、自励発振回路が構成されてい
る。なお、起動抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の接続点にダ
イオードＤ１のアノードが接続され、ダイオードＤ１の
カソードは、スイッチング素子ＦＥＴ１のドレインに接
続されている。このダイオードＤ１は、発振安定のため
のバイアス制御回路を構成している。

【０００５】次に、負荷部２０の回路構成について説明
する。負荷部２０は、電力伝達用２次コイルＮｍ２、信
号伝達用１次コイルＮｆ１、整流回路２１及び負荷２２
を備えている。整流回路２１は、電磁誘導により電力伝
達用２次コイルＮｍ２に誘起される電圧を整流するもの
である。負荷２２は、モータなどからなり、整流回路２
１により整流された電圧によって駆動されるものであ
る。信号伝達用１次コイルＮｆ１は、電力伝達用２次コ
イルＮｍ２に並列に接続されている。すなわち、信号伝
達用１次コイルＮｆ１は、電力伝達用２次コイルＮｍ２
に電気的に結合されている。これによって、電力伝達用
２次コイルＮｍ２の両端間に電圧が誘起されると、信号
伝達用１次コイルＮｆ１の両端間にも電圧が発生するこ
ととなる。

【０００６】次に、図９を参照して各コイルの配置につ
いて説明する。なお、図９には示していないが、電力供
給部１０及び負荷部２０は、例えば案内構造を有する
等、負荷部２０の電力供給部１０への装着が特定位置と
なるように構成されている。電力供給部１０の電力伝達
用１次コイルＮｍ１と、負荷部２０の電力伝達用２次コ
イルＮｍ２とは、負荷部２０が電力供給部１０に装着さ
れたときに、互いに対向するようにそれぞれ配置されて
いる。また、電力供給部１０の信号伝達用２次コイルＮ
ｆ２は、電力伝達用１次コイルＮｍ１が巻かれているト
ランス用ポットコアＫ１の外側、すなわち電力伝達用１
次コイルＮｍ１による磁束ループ、及び、電力伝達用１
次、２次コイルＮｍ１，Ｎｍ２のトランスによる磁束ル
ープの外側に配置されている。また、負荷部２０の信号
伝達用１次コイルＮｆ１は、電力供給部１０に負荷部２
０が装着されたときに電力供給部１０の信号伝達用２次
コイルＮｆ２に対向する位置、すなわち電力伝達用２次
コイルＮｍ２が巻かれているトランス用ポットコアＫ２
の外側に配置されている。

【０００７】これによって、信号伝達用２次コイルＮｆ
２は、電力伝達用１次、２次コイルＮｍ１，Ｎｍ２のト
ランスにより形成される磁束ループの外側に配置される
ことで、すなわちその内側で磁束が打ち消しあうことと
なり、信号伝達用２次コイルＮｆ２に磁束が鎖交しない
ので、電力伝達用１次コイルＮｍ１が発生する磁束によ
って信号伝達用２次コイルＮｆ２に起電力が発生するこ
とはない。すなわち、信号伝達用２次コイルＮｆ２と電
力伝達用１次コイルＮｍ１とは、電気的にも磁気的にも
結合されていない、あるいはその結合状態が無視できる
程度（漏れ磁束分）になっている。

【０００８】一方、電力供給部１０に負荷部２０が装着
されると、電力伝達用１次コイルＮｍ１と電力伝達用２
次コイルＮｍ２、信号伝達用１次コイルＮｆ１と信号伝
達用２次コイルＮｆ２は、それぞれ磁気的に結合される
こととなる。

【０００９】次に、負荷部２０が電力供給部１０に装着
されている場合の動作について説明する。

【００１０】電源スイッチＳ１がオンされると、直流電
源Ｅ１により起動抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１が充
電される。このとき、電力供給部１０の信号伝達用２次
コイルＮｆ２には電圧が発生していないため、スイッチ
ング素子ＦＥＴ１のゲート電圧Ｖ_gはバイアス電圧Ｖ_C1
に等しい。ゲート電圧Ｖ_gが上昇していって、スイッチ
ング素子ＦＥＴ１をオンできるスレショルド電圧に達す
ると、スイッチング素子ＦＥＴ１はオンになり、これに
よってドレイン電圧Ｖ_dは、ほぼアース電位になる。こ
のとき、コンデンサＣ２の共振電圧Ｖ_C2は直流電源Ｅ１
の電圧にほぼ等しくなり、電力供給部１０の電力伝達用
１次コイルＮｍ１には、ほぼ単調に増加するコイル電流
Ｉ_L1が流れ始める。

【００１１】電力供給部１０の電力伝達用１次コイルＮ
ｍ１にコイル電流Ｉ_L1が流れると、負荷部２０の電力伝
達用２次コイルＮｍ２にも、電磁誘導の作用により電圧
が誘起され、これによって、電気的に接続されている負
荷部２０の信号伝達用１次コイルＮｆ１にも電圧が発生
する。この発生電圧によって、負荷部２０の信号伝達用
１次コイルＮｆ１と磁気的に結合している電力供給部１
０の信号伝達用２次コイルＮｆ２にも、電磁誘導の作用
により電圧Ｖ_nf2が誘起される。このとき、ゲート電圧
Ｖ_gはＶ_C1＋Ｖ_nf2となるので、スイッチング素子ＦＥＴ
１は安定したオン状態になる。

【００１２】一方、ドレイン電圧Ｖ_dがほぼアース電位
になったため、ダイオードＤ１及びスイッチング素子Ｆ
ＥＴ１のオン抵抗を介してコンデンサＣ１の電荷が放電
されるので、バイアス電圧Ｖ_C1は低下する。なお、この
放電電流はその電流が流れる経路の抵抗値に依存するの
で、放電時間を長くしたい場合には、ダイオードＤ１に
直列に抵抗素子を挿入すればよい。

【００１３】コンデンサＣ１の放電によってバイアス電
圧Ｖ_C1は徐々に低下し、それに応じてゲート電圧Ｖ_gも
低下する。そして、ゲート電圧Ｖ_gがスイッチング素子
ＦＥＴ１をオフにさせるスレショルド電圧まで低下する
と、スイッチング素子ＦＥＴ１のオン抵抗が増大し始
め、これによってドレイン電圧Ｖ_dが増大する。ドレイ
ン電圧Ｖ_dが増大すると、コンデンサＣ２、すなわち電
力伝達用１次コイルＮｍ１の共振電圧Ｖ_C2が低下する。
これに応じて、電力伝達用２次コイルＮｍ２の誘起電圧
も低下し始めるので、信号伝達用１次コイルＮｆ１の発
生電圧も低下し始める。これによって、更に信号伝達用
２次コイルＮｆ２の誘起電圧Ｖ_nf2も低下し始めるた
め、ゲート電圧Ｖ_gは更に低下する。この結果、スイッ
チング素子ＦＥＴ１は急速にオフ状態に移行する。

【００１４】その結果、コンデンサＣ２の共振電圧Ｖ_C2
は、コンデンサＣ２と電力伝達用１次コイルＮｍ１との
共振作用により正弦波状となり、電力伝達用１次コイル
Ｎｍ１に流れるコイル電流Ｉ_L1も正弦波状になる。

【００１５】ドレイン電圧Ｖ_dとバイアス電圧Ｖ_C1との
関係がＶ_d＞Ｖ_C1となる期間においては、ドレイン電圧
Ｖ_dによるコンデンサＣ１の充電は、ダイオードＤ１に
よって阻止されているが、起動抵抗Ｒ１を介する直流電
源Ｅ１からコンデンサＣ１への充電電流は常に流れてお
り、バイアス電圧Ｖ_C1が上昇する。コンデンサＣ２の共
振電圧Ｖ_C2が１サイクル終了近くになるとドレイン電圧
Ｖ_dはアース電位に近づき、そのときの電力伝達用１次
コイルＮｍ１の誘起電圧によって、電力伝達用２次コイ
ルＮｍ２、信号伝達用１次コイルＮｆ１及び信号伝達用
２次コイルＮｆ２からなるフィードバックループで信号
伝達用２次コイルＮｆ２の発生電圧Ｖ_nf2が増加し、こ
の結果、ゲート電圧Ｖ_gが上昇して、再びスイッチング
素子ＦＥＴ１をオンにさせる。

【００１６】以上の動作が繰り返されて発振が継続し、
電力供給部１０から負荷部２０に電力が供給されること
となる。

【００１７】次に、負荷部２０が電力供給部１０に装着
されていない場合の動作について説明する。

【００１８】電源スイッチＳ１がオンされると、負荷部
２０が装着されている場合と同様に、直流電源Ｅ１によ
り起動抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１が充電される。
このとき電力供給部１０の信号伝達用２次コイルＮｆ２
には電圧が発生していないため、スイッチング素子ＦＥ
Ｔ１のゲート電圧Ｖ_gは、バイアス電圧Ｖ_C1に等しい。
ゲート電圧Ｖ_gが上昇していって、スイッチング素子Ｆ
ＥＴ１をオンできるスレショルド電圧に達すると、スイ
ッチング素子ＦＥＴ１はオンになり、これによってドレ
イン電圧Ｖ_dは、ほぼアース電位になる。このとき、コ
ンデンサＣ２の共振電圧Ｖ_C2は直流電源Ｅ１の電圧にほ
ぼ等しくなり、電力供給部１０の電力伝達用１次コイル
Ｎｍ１には、ほぼ単調に増加するコイル電流Ｉ_L1が流れ
始める。しかし、負荷部２０が装着されていないので、
電力伝達用１次コイルＮｍ１、電力伝達用２次コイルＮ
ｍ２、信号伝達用１次コイルＮｆ１及び信号伝達用２次
コイルＮｆ２からなるフィードバックループが構成され
ておらず、信号伝達用２次コイルＮｆ２の両端には電圧
が発生しない。

【００１９】このため、スイッチング素子ＦＥＴ１が一
旦オンになっても、直ぐにダイオードＤ１を介する放電
によりバイアス電圧Ｖ_C1が低下するので、スイッチング
素子ＦＥＴ１をオンさせるのに必要なゲート電圧Ｖ_gを
保持することができず、スイッチング素子ＦＥＴ１は直
ぐにオフになり、共振電圧Ｖ_C2は減衰振動によって直ぐ
に低下してしまう。

【００２０】そして、起動抵抗Ｒ１を介する直流電源Ｅ
１からコンデンサＣ１への充電によって、バイアス電圧
Ｖ_C1がスイッチング素子ＦＥＴ１をオンにさせるゲート
電圧Ｖ_gに上昇するまで発振は停止したままとなる。従
って、電力供給部１０に負荷部２０が装着されていない
ときには、電力供給部１０における発振動作は間欠発振
となる。

【００２１】このように、自励発振回路のフィードバッ
クループの経路を電力供給部１０から外部の負荷部２０
側へ一旦出して、再び電力供給部１０内へ戻すように構
成することにより、電力供給部１０に負荷部２０が装着
されていない状態ではフィードバックループが形成され
ず、これによって電力供給部１０における自励発振が間
欠発振となり、電力供給部１０の電力損失は、ほとんど
無視できるレベルにすることができる。また、金属製の
異物等が電力供給部１０の近傍に置かれた場合でも、誘
導加熱などによる当該異物の発熱を防止することができ
る。

【００２２】特に、起動抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１の
定数を適宜の値に設定することにより、例えば負荷部２
０の電力供給部１０への装着状態における発振周期10μ
sec程度に対し、非装着状態における間欠周期を数百mse
c程度に設定可能である。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】ところが上記従来装置
では、信号伝達用１次コイルＮｆ１が電力伝達用２次コ
イルＮｍ２と電気的に結合されているが、信号伝達用１
次コイルＮｆ１には電力伝達用２次コイルＮｍ２に発生
する電圧レベル以上の電圧は発生せず、従って、信号伝
達用２次コイルＮｆ２に発生する電圧はコイルＮｆ２の
自己インダクタンスと信号伝達用１次コイルＮｆ１との
磁気的結合強度とによって決まるため、ある程度限度が
ある。

【００２４】一方、信号伝達用１次コイルＮｆ１が電力
伝達用２次コイルＮｍ２と磁気的に結合されている場
合、信号伝達用１次コイルＮｆ１は信号伝達用２次コイ
ルＮｆ２と対向させる必要があるが、信号伝達用２次コ
イルＮｆ２は電力伝達用１次コイルＮｍ１が形成する磁
束経路を外れた位置にあるので、信号伝達用１次コイル
Ｎｆ１は電力伝達用２次コイルとの磁気的結合度が低
く、漏れ磁束程度の磁束しか利用できないために信号伝
達用１次コイルＮｆ１に発生可能な電圧をあまり大きく
することができない。

【００２５】而して、電力伝達用２次コイルＮｍ２に発
生する電圧があまり大きくなく、信号伝達用１次コイル
Ｎｆ１に発生可能な電圧がスイッチング素子ＦＥＴ１の
スレショルド電圧に対して余裕が取れない場合、負荷部
２０と電力供給部１０の装着状態が不十分になる（例え
ば、位置ずれや密着不足など）と、信号伝達用１次コイ
ルＮｆ１に発生可能な電圧がスイッチング素子ＦＥＴ１
のスレショルド電圧に達せず、自励発振回路が連続発振
できなくなる虞がある。これに対して信号伝達用１次コ
イルＮｆ１に発生可能な電圧を大きくするためには、信
号伝達用１次コイルＮｆ１が電力伝達用２次コイルＮｍ
２と磁気的に結合されている場合においては信号伝達用
１次コイルＮｆ１の巻数を多くしなければならず、信号
伝達用１次コイルＮｆ１が大型化し、コストアップにな
るという問題が生じる。

【００２６】本発明は上記事情に鑑みて為されたもので
あり、その目的とするところは、電力供給部と負荷部と
の磁気的な結合状態が不十分であっても安定した電力伝
達が可能な非接触電力伝達装置を提供することにある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、電力伝達用１次コイルを内蔵し
た電力供給部の所定位置に電力伝達用２次コイルを内蔵
した負荷部が配置された状態において電力伝達用１次コ
イルから電力伝達用２次コイルへ電磁誘導により非接触
で電力を供給する非接触電力伝達装置であって、電力供
給部は、直流電源と、電力伝達用１次コイルと、制御端
子に印加されるバイアス電圧がスレショルド電圧を超え
たときにオンして直流電源から電力伝達用１次コイルに
電流を流すスイッチング素子を具備した自励発振回路
と、スイッチング素子の制御端子にバイアス電圧を与え
るバイアス回路と、負荷部側からの信号を受信するとと
もに受信した信号レベルに応じた電圧をバイアス電圧に
重畳する信号伝達用２次コイルとを備え、負荷部は、電
力供給部の所定位置に配置した状態で電力伝達用１次コ
イルに磁気的に結合する電力伝達用２次コイルと、電力
伝達用２次コイルと磁気的に結合された電圧源コイル
と、電圧源コイルに電気的に接続され上記状態で信号伝
達用２次コイルに磁気的に結合する信号伝達用１次コイ
ルとを備え、上記状態で電力伝達用１次コイルと電力伝
達用２次コイルの間を往復し且つ信号伝達用１次コイル
並びに信号伝達用２次コイルと鎖交する磁束の総和が略
ゼロとなるように上記各コイルを配置したことを特徴と
し、信号伝達用１次コイルには電力伝達用２次コイルと
磁気的に結合された電圧源コイルに応じた電圧を誘起さ
せ、負荷部が電力供給部の所定位置から若干ずれて配置
された場合や電力伝達用１次コイルと電力伝達用２次コ
イルとの密着度合いが充分でない場合においても、スイ
ッチング素子を駆動するのに充分な電圧を信号伝達用２
次コイルからバイアス電圧に重畳させて自励発振回路を
安定して発振させることができ、電力供給部と負荷部と
の磁気的な結合状態が不十分であっても安定した電力伝
達が可能となる。しかも、信号伝達用２次コイルに誘起
される電圧を大きくするために信号伝達用１次コイルの
寸法を大きくしたり巻数を増加する必要がなく、装置の
大型化及びコストアップを抑えることができる。

【００２８】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、信号伝達用１次コイルに共振用のコンデンサを直列
又は並列に接続したことを特徴とし、コンデンサとの共
振動作によって信号伝達用１次コイルに誘起される電圧
を増大することができ、信号伝達用１次コイルの巻数を
減らしても自励発振回路を安定して発振させることがで
きる。

【００２９】請求項３の発明は、請求項１又は２の発明
において、信号伝達用２次コイルに共振用のコンデンサ
を直列又は並列に接続したことを特徴とし、コンデンサ
との共振動作によって信号伝達用２次コイルに誘起され
る電圧を増大することができ、自励発振回路をさらに安
定して発振させることができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】（実施形態１）図１は本実施形態
を示す回路図、図２は電力供給部１０並びに負荷部２０
の各コイルの配置を示す図である。但し、本実施形態の
基本的な回路構成は従来例と共通であるから、共通する
構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、本実施
形態の特徴となる構成についてのみ説明する。

【００３１】図１に示すように、電力供給部１０の回路
構成は従来例と同一であって、図示しない抵抗とコンデ
ンサの直列回路によってバイアス回路１１が構成されて
いる。

【００３２】一方、負荷部２０においては、信号伝達用
１次コイルＮｆ１が電力伝達用２次コイルＮｍ２から電
気的且つ磁気的に切り離され、電力伝達用２次コイルＮ
ｍ２と磁気的に結合された電圧源コイルＮｖと抵抗など
の負荷２３との直列回路に信号伝達用１次コイルＮｆ１
が並列接続されている。

【００３３】ここで、図２を参照して各コイルの具体的
な配置構造を説明する。信号伝達用２次コイルＮｆ２は
電力伝達用１次コイルＮｍ１が巻回されたトランス用Ｕ
型コアＫ１の外側、すなわち、電力伝達用１次コイルＮ
ｍ１による磁束、並びに電力伝達用１次コイルと電力伝
達用２次コイルの間を往復する磁束と鎖交する総和が略
ゼロとなる位置に配置されている。また、電力伝達用２
次コイルＮｍ２と電圧源コイルＮｖとがトランス用Ｕ型
コアＫ２に巻回され、信号伝達用１次コイルＮｆ１はト
ランス用Ｕ型コアＫ２の外側、すなわち、電力伝達用１
次コイルと電力伝達用２次コイルの間を往復する磁束と
鎖交する総和が略ゼロとなる位置に配置されている。し
たがって、信号伝達用１次コイルＮｆ１並びに信号伝達
用２次コイルＮｆ２は、それぞれ電力伝達用２次コイル
Ｎｍ２及び電力伝達用１次コイルＮｍ１と磁気的に結合
されず、電力伝達用２次コイルＮｍ２及び電力伝達用１
次コイルＮｍ１に発生する磁束によって起電力が誘起さ
れることはない。つまり、信号伝達用２次コイルＮｆ２
と電力伝達用１次コイルＮｍ１とは電気的にも磁気的に
も結合されていない、あるいはその結合分が無視できる
程度（漏れ磁束分）になっている。なお、図示は省略し
ているが、電力供給部１０及び負荷部２０は、例えば案
内構造等により、電力供給部１０の所定位置に配置（装
着）されるように構成されている。

【００３４】次に、図１並びに図３を参照して、電力供
給部１０の所定位置に負荷部２０が配置（装着）されて
いる場合の動作を説明する。なお、図３は負荷部２０の
装着状態における電力供給部１０の各部の波形を示して
いる。

【００３５】電源スイッチＳ１がオンされると、直流電
源Ｅ１によりバイアス回路１１の起動抵抗（図示せず）
を介してコンデンサ（図示せず）が充電される。このと
き、電力供給部１０の信号伝達用２次コイルＮｆ２には
電圧が発生していないため、スイッチング素子ＦＥＴ１
のゲート電圧Ｖ_gはバイアス電圧Ｖ_B（上記コンデンサの
両端電圧）に等しい。ゲート電圧Ｖ_gが上昇していっ
て、スイッチング素子ＦＥＴ１をオンできるスレショル
ド電圧に達すると、スイッチング素子ＦＥＴ１はオンに
なり、これによってドレイン電圧Ｖ_dは、ほぼアース電
位になる。このとき、コンデンサＣ２の共振電圧Ｖ_C2は
直流電源Ｅ１の電圧にほぼ等しくなり、電力供給部１０
の電力伝達用１次コイルＮｍ１には、ほぼ単調に増加す
るコイル電流Ｉ_L1が流れ始める。

【００３６】電力供給部１０の電力伝達用１次コイルＮ
ｍ１にコイル電流Ｉ_L1が流れると、負荷部２０の電力伝
達用２次コイルＮｍ２にも電磁誘導の作用により電圧が
誘起され、電力伝達用２次コイルＮｍ２と磁気的に結合
されている電圧源コイルＮｖにも電圧が誘起されるか
ら、電圧源コイルＮｖと電気的に接続されている負荷側
２０の信号伝達用１次コイルＮｆ１にも電圧が発生す
る。この発生電圧によって、負荷部２０の信号伝達用１
次コイルＮｆ１と磁気的に結合している電力供給部１０
の信号伝達用２次コイルＮｆ２にも、電磁誘導の作用に
より電圧Ｖ_nf2が誘起される。このとき、信号伝達用２
次コイルＮｆ２に誘起される電圧Ｖ_nf2は、電圧源コイ
ルＮｖの設定（巻数など）に応じて、スイッチング素子
ＦＥＴ１のスレショルド電圧に対して充分大きな電圧に
設定可能である。よって、ゲート電圧Ｖ_gはＶ_C1＋Ｖ_nf2
となるので、スイッチング素子ＦＥＴ１は安定したオン
状態になる。

【００３７】一方、ドレイン電圧Ｖ_dがほぼアース電位
になったため、ダイオードＤ１及びスイッチング素子Ｆ
ＥＴ１のオン抵抗を介してバイアス回路１１のコンデン
サの電荷が放電されるので、バイアス電圧Ｖ_Bは低下す
る。

【００３８】上記コンデンサの放電によってバイアス電
圧Ｖ_Bは徐々に低下し、それに応じてゲート電圧Ｖ_gも低
下する。そして、ゲート電圧Ｖ_gがスイッチング素子Ｆ
ＥＴ１をオフにさせるスレショルド電圧まで低下する
と、スイッチング素子ＦＥＴ１のオン抵抗が増大し始
め、これによってドレイン電圧Ｖ_dが増大する。ドレイ
ン電圧Ｖ_dが増大すると、コンデンサＣ２、すなわち電
力伝達用１次コイルＮｍ１の共振電圧Ｖ_C2が低下する。
これに応じて、電力伝達用２次コイルＮｍ２の誘起電圧
も低下し始めるので、信号伝達用１次コイルＮｆ１の発
生電圧も低下し始める。これによって、更に信号伝達用
２次コイルＮｆ２の誘起電圧Ｖ_nf2も低下し始めるた
め、ゲート電圧Ｖ_gは更に低下する。この結果、スイッ
チング素子ＦＥＴ１は急速にオフ状態に移行する。

【００３９】その結果、コンデンサＣ２の共振電圧Ｖ_C2
は、コンデンサＣ２と電力伝達用１次コイルＮｍ１との
共振作用により正弦波状となり、電力伝達用１次コイル
Ｎｍ１に流れるコイル電流Ｉ_L1も正弦波状になる。

【００４０】ドレイン電圧Ｖ_dとバイアス電圧Ｖ_Bとの関
係がＶ_d＞Ｖ_Bとなる期間においては、ドレイン電圧Ｖ_d
によるコンデンサの充電は、ダイオードＤ１によって阻
止されているが、起動抵抗を介する直流電源Ｅ１からコ
ンデンサへの充電電流は常に流れており、バイアス電圧
Ｖ_Bが上昇する。コンデンサＣ２の共振電圧Ｖ_C2が１サ
イクル終了近くになるとドレイン電圧Ｖ_dはアース電位
に近づき、そのときの電力伝達用１次コイルＮｍ１の誘
起電圧によって、電力伝達用２次コイルＮｍ２、信号伝
達用１次コイルＮｆ１及び信号伝達用２次コイルＮｆ２
からなるフィードバックループで信号伝達用２次コイル
Ｎｆ２の発生電圧Ｖ_nf2が増加し、この結果、ゲート電
圧Ｖ_gが上昇して、再びスイッチング素子ＦＥＴ１をオ
ンにさせる。

【００４１】以上の動作が繰り返されて自励発振回路の
発振が継続し、電力供給部１０から負荷部２０に電力が
供給されることとなる。

【００４２】次に、図１及び図４を参照して負荷部２０
が電力供給部１０に装着されていない場合の動作につい
て説明する。なお、図４は負荷部２０の非装着状態にお
ける電力供給部１０の各部の波形を示している。

【００４３】電源スイッチＳ１がオンされると、負荷部
２０が装着されている場合と同様に、直流電源Ｅ１によ
り起動抵抗を介してコンデンサが充電される。このとき
電力供給部１０の信号伝達用２次コイルＮｆ２には電圧
が発生していないため、スイッチング素子ＦＥＴ１のゲ
ート電圧Ｖ_gは、バイアス電圧Ｖ_Bに等しい。ゲート電圧
Ｖ_gが上昇していって、スイッチング素子ＦＥＴ１をオ
ンできるスレショルド電圧に達すると、スイッチング素
子ＦＥＴ１はオンになり、これによってドレイン電圧Ｖ
_dは、ほぼアース電位になる。このとき、コンデンサＣ
２の共振電圧Ｖ_C ₂は直流電源Ｅ１の電圧にほぼ等しくな
り、電力供給部１０の電力伝達用１次コイルＮｍ１に
は、ほぼ単調に増加するコイル電流Ｉ_L1が流れ始める。
しかし、負荷部２０が装着されていないので、電力伝達
用１次コイルＮｍ１、電力伝達用２次コイルＮｍ２、信
号伝達用１次コイルＮｆ１及び信号伝達用２次コイルＮ
ｆ２からなるフィードバックループが構成されておら
ず、信号伝達用２次コイルＮｆ２の両端には電圧が発生
しない。

【００４４】このため、スイッチング素子ＦＥＴ１が一
旦オンになっても、直ぐにダイオードＤ１を介する放電
によりバイアス電圧Ｖ_Bが低下するので、スイッチング
素子ＦＥＴ１をオンさせるのに必要なゲート電圧Ｖ_gを
保持することができず、スイッチング素子ＦＥＴ１は直
ぐにオフになり、共振電圧Ｖ_C2は減衰振動によって直ぐ
に低下してしまう。

【００４５】そして、起動抵抗を介する直流電源Ｅ１か
らコンデンサへの充電によって、バイアス電圧Ｖ_Bがス
イッチング素子ＦＥＴ１をオンにさせるゲート電圧Ｖ_g
に上昇するまで発振は停止したままとなる。従って、電
力供給部１０に負荷部２０が装着されていないときに
は、電力供給部１０における発振動作は間欠発振とな
る。したがって、従来例と同様に電力供給部１０に負荷
部２０が装着されていない状態ではフィードバックルー
プが形成されず、これによって電力供給部１０における
自励発振が間欠発振となり、電力供給部１０の電力損失
は、ほとんど無視できるレベルにすることができる。ま
た、金属製の異物等が電力供給部１０の近傍に置かれた
場合でも、誘導加熱などによる当該異物の発熱を防止す
ることができる。

【００４６】而して、本実施形態は上述のように構成し
たものであるから、信号伝達用１次コイルＮｆ１には電
力伝達用２次コイルＮｍ２と磁気的に結合された電圧源
コイルＮｖに応じた電圧が誘起され、負荷部２０が電力
供給部１０の所定位置から若干ずれて配置された場合や
電力伝達用１次コイルＮｍ１と電力伝達用２次コイルＮ
ｍ２との密着度合いが充分でない場合においても、スイ
ッチング素子ＦＥＴ１を駆動するのに充分な電圧を信号
伝達用２次コイルＮｍ２からバイアス電圧Ｖ_Bに重畳さ
せて自励発振回路を安定して発振させることができ、電
力供給部１０と負荷部２０との磁気的な結合状態が不十
分であっても安定した電力伝達が可能となる。しかも、
電力伝達用１次コイルＮｍ１から発生する磁束と鎖交す
る総和が略ゼロとなるように信号伝達用２次コイルＮｆ
２を配置する必要上、信号伝達用２次コイルＮｆ２に大
きな電圧を誘起させる場合に、コアＫ１の外側に配置す
ると寸法が大きくなり、コアＫ１の内側に配置するには
コアＫ１の寸法がある程度大きくなければならないが、
本実施形態によれば、信号伝達用２次コイルＮｆ２に誘
起される電圧を大きくするために信号伝達用１次コイル
Ｎｆ１の寸法を大きくしたり巻数を増加する必要がな
く、装置の大型化及びコストアップを抑えることができ
る。なお、本実施形態では自励発振回路のスイッチング
素子として電界効果トランジスタを例示したが、これに
限定する趣旨ではなく、バイポーラトランジスタやその
他のスイッチング機能を有する素子を用いても良い。

【００４７】（実施形態２）図５は本実施形態を示す回
路図である。但し、本実施形態の基本構成は実施形態１
と共通であるから、共通する構成要素には同一の符号を
付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる構成につ
いてのみ説明する。

【００４８】本実施形態は、負荷部２０の信号伝達用１
次コイルＮｆ１に共振用のコンデンサＣｆ１を並列に接
続した点に特徴がある。但し、本実施形態の動作は実施
形態１と共通であるから説明は省略する。

【００４９】而して、信号伝達用１次コイルＮｆ１に共
振用のコンデンサＣｆ１を並列に接続したことにより、
コンデンサＣｆ１との共振動作によって信号伝達用１次
コイルＮｆ１に誘起される電圧を増大することができ、
信号伝達用１次コイルＮｆ１の巻数を減らしても電力供
給部１０の自励発振回路を安定して発振させることがで
きる。

【００５０】なお、図６に示すように共振用のコンデン
サＣｆ１を信号伝達用１次コイルＮｆ１に直列に接続し
ても同様の効果を奏し得る。この場合、負荷２３は省略
しても良い。

【００５１】（実施形態３）図７は本実施形態を示す回
路図である。但し、本実施形態の基本構成は実施形態１
と共通であるから、共通する構成要素には同一の符号を
付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる構成につ
いてのみ説明する。

【００５２】本実施形態は、電力供給部１０の信号伝達
用２次コイルＮｆ２に共振用のコンデンサＣｆ２を並列
に接続した点に特徴がある。但し、本実施形態の動作は
実施形態１と共通であるから説明は省略する。

【００５３】而して、信号伝達用２次コイルＮｆ２に共
振用のコンデンサＣｆ２を接続したことにより、コンデ
ンサＣｆ２との共振動作によって信号伝達用２次コイル
Ｎｆ２に誘起される電圧を増大することができ、自励発
振回路をさらに安定して発振させることができる。な
お、本実施形態においても実施形態２と同様に信号伝達
用１次コイルＮｆ１に共振用のコンデンサＣｆ１を接続
する構成とすれば、信号伝達用２次コイルＮｆ２に誘起
される電圧をさらに増大させて自励発振回路をより一層
安定して発振させることができる。

【００５４】

【発明の効果】請求項１の発明は、電力伝達用１次コイ
ルを内蔵した電力供給部の所定位置に電力伝達用２次コ
イルを内蔵した負荷部が配置された状態において電力伝
達用１次コイルから電力伝達用２次コイルへ電磁誘導に
より非接触で電力を供給する非接触電力伝達装置であっ
て、電力供給部は、直流電源と、電力伝達用１次コイル
と、制御端子に印加されるバイアス電圧がスレショルド
電圧を超えたときにオンして直流電源から電力伝達用１
次コイルに電流を流すスイッチング素子を具備した自励
発振回路と、スイッチング素子の制御端子にバイアス電
圧を与えるバイアス回路と、負荷部側からの信号を受信
するとともに受信した信号レベルに応じた電圧をバイア
ス電圧に重畳する信号伝達用２次コイルとを備え、負荷
部は、電力供給部の所定位置に配置した状態で電力伝達
用１次コイルに磁気的に結合する電力伝達用２次コイル
と、電力伝達用２次コイルと磁気的に結合された電圧源
コイルと、電圧源コイルに電気的に接続され上記状態で
信号伝達用２次コイルに磁気的に結合する信号伝達用１
次コイルとを備え、上記状態で電力伝達用１次コイルと
電力伝達用２次コイルの間を往復し且つ信号伝達用１次
コイル並びに信号伝達用２次コイルと鎖交する磁束の総
和が略ゼロとなるように上記各コイルを配置したので、
信号伝達用１次コイルには電力伝達用２次コイルと磁気
的に結合された電圧源コイルに応じた電圧を誘起させ、
負荷部が電力供給部の所定位置から若干ずれて配置され
た場合や電力伝達用１次コイルと電力伝達用２次コイル
との密着度合いが充分でない場合においても、スイッチ
ング素子を駆動するのに充分な電圧を信号伝達用２次コ
イルからバイアス電圧に重畳させて自励発振回路を安定
して発振させることができ、電力供給部と負荷部との磁
気的な結合状態が不十分であっても安定した電力伝達が
可能となり、しかも、信号伝達用２次コイルに誘起され
る電圧を大きくするために信号伝達用１次コイルの寸法
を大きくしたり巻数を増加する必要がなく、装置の大型
化及びコストアップを抑えることができるという効果が
ある。

【００５５】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、信号伝達用１次コイルに共振用のコンデンサを直列
又は並列に接続したので、コンデンサとの共振動作によ
って信号伝達用１次コイルに誘起される電圧を増大する
ことができ、信号伝達用１次コイルの巻数を減らしても
自励発振回路を安定して発振させることができるという
効果がある。

【００５６】請求項３の発明は、請求項１又は２の発明
において、信号伝達用２次コイルに共振用のコンデンサ
を直列又は並列に接続したので、コンデンサとの共振動
作によって信号伝達用２次コイルに誘起される電圧を増
大することができ、自励発振回路をさらに安定して発振
させることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１を示す回路図である。

【図２】同上におけるコイルの配置構成を示す斜視図で
ある。

【図３】同上において負荷部が装着された状態における
電力供給部の各部の波形図である。

【図４】同上において負荷部が装着されていない状態に
おける電力供給部の各部の波形図である。

【図５】実施形態２を示す回路図である。

【図６】同上の他の構成を示す回路図である。

【図７】実施形態３を示す回路図である。

【図８】従来例を示す回路図である。

【図９】同上におけるコイルの配置構成を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

１０電力供給部１１バイアス回路２０負荷部Ｎｍ１電力伝達用１次コイルＮｍ２電力伝達用２次コイルＮｆ１信号伝達用１次コイルＮｆ２信号伝達用２次コイルＮｖ電圧源コイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電力伝達用１次コイルを内蔵した電力供
給部の所定位置に電力伝達用２次コイルを内蔵した負荷
部が配置された状態において電力伝達用１次コイルから
電力伝達用２次コイルへ電磁誘導により非接触で電力を
供給する非接触電力伝達装置であって、電力供給部は、
直流電源と、電力伝達用１次コイルと、制御端子に印加
されるバイアス電圧がスレショルド電圧を超えたときに
オンして直流電源から電力伝達用１次コイルに電流を流
すスイッチング素子を具備した自励発振回路と、スイッ
チング素子の制御端子にバイアス電圧を与えるバイアス
回路と、負荷部側からの信号を受信するとともに受信し
た信号レベルに応じた電圧をバイアス電圧に重畳する信
号伝達用２次コイルとを備え、負荷部は、電力供給部の
所定位置に配置した状態で電力伝達用１次コイルに磁気
的に結合する電力伝達用２次コイルと、電力伝達用２次
コイルと磁気的に結合された電圧源コイルと、電圧源コ
イルに電気的に接続され上記状態で信号伝達用２次コイ
ルに磁気的に結合する信号伝達用１次コイルとを備え、
上記状態で電力伝達用１次コイルと電力伝達用２次コイ
ルの間を往復し且つ信号伝達用１次コイル並びに信号伝
達用２次コイルと鎖交する磁束の総和が略ゼロとなるよ
うに上記各コイルを配置したことを特徴とする非接触電
力伝達装置。
【請求項２】信号伝達用１次コイルに共振用のコンデ
ンサを直列又は並列に接続したことを特徴とする請求項
１記載の非接触電力伝達装置。
【請求項３】信号伝達用２次コイルに共振用のコンデ
ンサを直列又は並列に接続したことを特徴とする請求項
１又は２記載の非接触電力伝達装置。