JP2003143780A

JP2003143780A - 非接触電力供給装置

Info

Publication number: JP2003143780A
Application number: JP2001332684A
Authority: JP
Inventors: Koji Ogawa; 浩司小川; Norinaga Kosuge; 宣良小菅
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2003-05-16

Abstract

(57)【要約】【課題】分離トランスを用いた非接触電力供給装置で
は、負荷に安定した電圧を供給する受電部の電圧安定回
路が発熱するため、受電部の小型・軽量化に限界を生じ
る。【解決手段】非接触電力供給装置のインバータの発振
周波数は、給電コイルとこの給電コイルに接続される主
コンデンサ、副コンデンサ(又は補助コイル)によって決
まる。受電コイルは受電コンデンサとともに受電共振回
路を形成している。インバータの発振周波数が受電共振
回路と同調すると、給電コイルから受電コイルに電力が
最も効率良く伝送され、インバータの発振周波数が受電
共振回路と離調すると電力伝送の効率が低下する。イン
バータの発振周波数を制御することで、電力伝送効率を
制御して受電部の出力電圧を安定化することで、従来の
電圧安定回路が不必要になり、受電部を小型・軽量化で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、給電コイルと受電
コイルとからなる分離トランスによって給電部から受電
部に非接触で電力を供給する非接触電力供給装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、周囲環境の影響を受けることなく
給電部から受電部に電力を供給できる非接触電力供給装
置が多用されている。具体的には、この種の非接触電力
供給装置は、受電部と給電部とを容易に切り離せる利点
を生かした小型の携帯機器（例えば携帯電話器）や、非
接触電力供給装置を使用することが製品の生産性および
保守に好適な小型機器（例えば、自動車用モジュール部
品等）、さらには給電部と受電部とを切り離して使用す
ることが前提となる電気自動車等に使用される。したが
って、受電部は小型・軽量であることが望まれる。

【０００３】こうした非接触電力供給装置では、給電部
は、給電コイルと直流電源から電力の供給を受けて給電
コイルを駆動するインバータとを有し、受電部は、給電
コイルに電磁結合する受電コイルと受電コイルが受電し
た交流電力を整流する整流回路（交流直流変換回路）を
有する。そして、整流回路から出力される直流電力を受
電部に接続された負荷に供給するものとなっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の非接
触電力供給装置では、受電部は、負荷に安定した電圧を
供給するため、整流回路と負荷との間に電圧安定回路を
設けている。この電圧安定回路は、負荷電圧よりも高い
整流回路の出力電圧を入力として動作するので、負荷電
流に起因する発熱を伴う。

【０００５】したがって、従来の非接触電力供給装置で
は、直流入力電圧、給電コイルと受電コイルとの距離、
または負荷電流の変化によって生じる整流回路の出力電
圧を安定化して負荷に供給するため、受電部の電圧安定
回路が発熱し、その放熱部品のために、受電部が大型化
するといった問題がある。本発明は、上記問題を解決す
るためになされたものであり、受電部が電圧安定回路を
使用せず負荷に安定した直流電圧を供給することによっ
て、受電部の発熱量を低減し、受電部を小型・軽量化す
ることができる非接触電力供給装置を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明によれば、請求項１では、直流電力を交流電力
に変換するインバータと、前記インバータで駆動される
給電コイルと、前記給電コイルに接続される主コンデン
サと、前記給電コイルに選択接続され前記インバータの
発振周波数を規定する周波数規定手段と、前記周波数規
定手段を前記給電コイルに選択して接続する周波数制御
手段と、前記給電コイルと電磁結合して交流電力を受電
する受電コイルと、前記受電コイルに並列に接続された
受電部コンデンサと、前記受電コイルが受電した交流電
力を直流電力に変換する交流直流変換回路とを備えた非
接触電力供給装置が提供される。

【０００７】このような構成を有する非接触電力供給装
置であれば、インバータは給電コイル、主コンデンサさ
らに選択接続された周波数規定手段からなる給電共振回
路の共振周波数で発振して、該発振周波数の交流電力で
給電コイルを駆動する。そして、インバータの発振周波
数と、受電コイルと受電部コンデンサとで形成される受
電共振回路の共振周波数とが一致（同調）すると、該非
接触電力供給装置は、給電コイルから受電コイルに最も
効率よく電力を伝送することができ、交流直流変換回路
の出力電圧も、該非接触電力供給装置が出力し得る最大
電圧となる。

【０００８】一方、給電共振回路の共振周波数（インバ
ータの発振周波数）を受電共振回路の共振周波数から離
調すると、交流電力の周波数が受電共振回路の共振周波
数からずれる（離調する）ので、給電コイルから受電コ
イルに伝送される電力が減少し、交流直流変換回路の出
力電圧も低下する。そうすると、インバータの直流入力
電圧、給電コイルと受電コイルとの距離、または負荷電
流の変化によって、受電コイルが受電する電力が変化し
て交流直流変換回路（整流回路）の出力電圧（負荷に供
給される直流電圧）が変化した場合に、周波数制御手段
によって、給電コイルに接続される周波数規定手段を選
択接続すれば、インバータの発振周波数を制御すること
ができ、交流直流変換回路の出力電圧を制御して、受電
部の出力電圧の変化を低減することができる。

【０００９】請求項２では、インバータの発振周波数
は、周波数制御手段によって選択されて給電コイルに並
列接続される副コンデンサ（周波数規定手段）によって
変化して、交流直流変換回路の出力電圧が制御され、受
電部の出力電圧の変化を低減することができる。請求項
３では、インバータの発振周波数は、周波数制御手段に
よって選択されて、給電コイルに並列または直列に接続
される補助コイル（周波数規定手段）によって変化し
て、交流直流変換回路の出力電圧が制御され、受電部の
出力電圧の変化を低減することができる。

【００１０】請求項４では、周波数制御手段は、インバ
ータの直流入力電圧を検出する入力電圧検出手段の検出
結果に基づき副コンデンサまたは補助コイルを選択し
て、給電コイルに接続し、インバータの発振周波数を制
御するので、インバータの直流入力電圧の変化によって
生じる交流直流変換回路の出力電圧変化が低減され、受
電部の出力電圧の変化を低減できる。

【００１１】請求項５では、周波数制御手段は、給電コ
イルと受電コイルの距離を検出する距離検出手段の検出
結果に基づき副コンデンサまたは補助コイルを選択し
て、給電コイルに接続し、インバータの発振周波数を制
御するので、給電コイルと受電コイルの距離の変化によ
って生じる交流直流変換回路の出力電圧変化が低減さ
れ、受電部の出力電圧の変化を低減できる。

【００１２】請求項６では、周波数制御手段は、交流直
流変換回路の出力電圧を検出する出力電圧検出手段の検
出結果に基づき副コンデンサまたは補助コイルを選択し
て、給電コイルに接続し、インバータの発振周波数を制
御するので、負荷に流れる電流の変化によって生じる交
流直流変換回路の出力電圧変化が低減され、受電部の出
力電圧の変化を低減できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態に係る非接触電力供給装置を説明する。図１
は、本発明に係る非接触電力供給装置の第一の実施形態
の要部概略構成図である。非接触電力供給装置１は給電
部２と受電部３からなる。給電部２から受電部３に電力
を伝送する分離トランス４は、給電コイル５と受電コイ
ル６から構成される。

【００１４】給電部２は、給電コイル５と、該給電コイ
ル５に接続されてプッシュ・プル回路を構成するＭＯＳ
型電界効果トランジスタ（以下、「ＭＯＳトランジス
タ」）Ｑ７ａ、Ｑ７ｂを主として構成されるインバータ
回路と、給電コイル５に接続されたコンデンサＣ８（主
コンデンサ）とを主体に構成される。ここで、給電部２
の直流入力端子２ａ、２ｂに図示しない外部直流電源
（例えばバッテリ）が接続され、給電部２はこの外部直
電源から電力の供給を受けて動作する。なお、直流入力
端子２ａには外部直流電源の正電圧側（＋１２Ｖ）に接
続され、直流入力端子２ｂは外部直流電源の負電圧側に
接続され、且つアースに接続される。直流入力端子２ａ
に印加された正電圧は、チョークコイル１２を介して給
電コイル５の中点５ｃ（一端５ａと他端５ｂの中点）に
印加される。

【００１５】また、給電コイル５の両端（一端５ａと他
端５ｂ）は、インバータ回路を構成するＭＯＳトランジ
スタＱ７ａ、Ｑ７ｂをそれぞれ介して接地される。特に
ＭＯＳトランジスタＱ７ａのドレインは給電コイル５の
一端５ａに接続され、同じくインバータ回路を構成する
ＭＯＳトランジスタＱ７ｂのドレインは給電コイル５の
他端５ｂに接続される。また、ＭＯＳトランジスタＱ７
ｂのゲートは、直列接続された抵抗Ｒ１３ａとコンデン
サＣ１４ａを介して給電コイル５の一端５ａに接続さ
れ、ＭＯＳトランジスタＱ７ａのゲートは、直列接続さ
れた抵抗Ｒ１３ｂとコンデンサＣ１４ｂを介して給電コ
イル５の他端５ｂに接続されている。

【００１６】ここで、抵抗Ｒ１３ａとコンデンサＣ１４
ａとは、給電コイル５の一端５ａに生じた交流電圧をＭ
ＯＳトランジスタＱ７ｂのゲートに正帰還する作用を有
し、抵抗Ｒ１３ｂとコンデンサＣ１４ｂとは、給電コイ
ル５の他端５ｂに生じた交流電圧をＭＯＳトランジスタ
Ｑ７ａのゲートに正帰還する作用を有する。したがっ
て、ＭＯＳトランジスタＱ７ａ、Ｑ７ｂは、給電コイル
５と主コンデンサＣ８とが形成する給電共振回路の共振
周波数ｆ０で発振する。このようにして、外部直流電源
から給電部２に供給された直流電力が周波数ｆ０の交流
電力に変換される。かくして、周波数ｆ０の交流電力が
給電部２の給電コイル５から受電部３の受電コイル６に
伝送される。

【００１７】なお、抵抗Ｒ１５、Ｒ１６及びＲ１７は、
起動抵抗であり、ＭＯＳトランジスタＱ７ａのゲートに
正電圧のバイアス電圧を印加して、インバータ回路の発
振の起動状態において、先ずＭＯＳトランジスタＱ７ａ
をＭＯＳトランジスタＱ７ｂよりも早く導通状態に設定
し、インバータ回路の発振起動を確実なものとする。ま
た、ＭＯＳトランジスタＱ７ａのゲート・ソース間に接
続されたダイオードＤ８ａは、給電コイル５の他端５ｂ
から正帰還される交流電圧信号で、ＭＯＳトランジスタ
Ｑ７ａのゲートが負電圧になることを防止して、ＭＯＳ
トランジスタＱ７ａをドライブする作用を有する。ＭＯ
ＳトランジスタＱ７ｂのゲート・ソース間に接続された
ダイオードＤ８ｂも同様な作用を有する。

【００１８】また、給電部２は、本願発明の特徴である
ところの、スイッチを構成するＭＯＳトランジスタＱ９
ａ、Ｑ９ｂによって給電コイル５に選択接続されるコン
デンサＣ８ａ（第１の副コンデンサ）、同じくＭＯＳト
ランジスタＱ１０ａ、Ｑ１０ｂによって給電コイル５に
選択接続されるコンデンサＣ８ｂ（第２の副コンデン
サ）を備え、さらに、インバータ回路の入力直流電圧を
検出して上記スイッチを構成するＭＯＳトランジスタＱ
９ａ〜Ｑ１０ｂを制御する周波数制御手段である周波数
制御回路１１を有している。

【００１９】具体的には、第１の副コンデンサＣ８ａは
ＭＯＳトランジスタＱ９ａとＱ９ｂとを直列に介して、
給電コイル５の一端５ａと他端５ｂとの間に接続され、
同様に第２の副コンデンサＣ８ｂはＭＯＳトランジスタ
Ｑ１０ａとＱ１０ｂとを直列に介して、給電コイル５の
一端５ａと他端５ｂとの間に接続されている。一方、受
電部３は前述した受電コイル６と、該受電コイル６に並
列接続され、受電共振回路を形成する受電コンデンサＣ
２１と、受電コイル６に接続されて両波整流回路を形成
する第１の整流ダイオードＤ２２ａ、第２の整流ダイオ
ードＤ２２ｂ、平滑コイルＬ２３および平滑コンデンサ
Ｃ２４を有している。

【００２０】受電コイル６の一端６ａは第１の整流ダイ
オードＤ２２ａに接続され、受電コイル６の他端６ｂは
第２の整流ダイオードＤ２２ｂに接続され、ダイオード
Ｄ２２ａ、Ｄ２２ｂで整流された正極性電圧は平滑コイ
ル２３を介して平滑コンデンサＣ２４の＋側端子に接続
されている。一方、受電コイル６の中点６ｃ（一端６ａ
と他端６ｂの中点）は、平滑コンデンサＣ２４の−側端
子に接続されている。平滑コンデンサＣ２４の＋側端子
は受電部３の直流出力端子３ａに、平滑コンデンサＣ２
４の−側端子は受電部３の直流出力端子３ｂにそれぞれ
接続され、直流出力端子３ａ側を正電圧とする直流電圧
が出力され、直流出力端子３ａ、３ｂ間に負荷が接続さ
れる。

【００２１】ここで、受電部３の受電コイル６と受電コ
ンデンサＣ２１とで形成される受電共振回路の共振周波
数がｆ０であると、給電コイル５と受電コイル６とは最
も強力に電磁結合するので、給電コイル５から受電コイ
ル６に最も効率良く交流電力を伝送することができる。
その結果、給電コイル５と受電コイル６とが最も近接し
て、且つ給電コイル５の磁束と受電コイル６の磁束とが
同軸に結合する状態のときには、受電部３の出力電圧は
非接触電力供給装置１が出力し得る最大電圧となる。

【００２２】以上説明した非接触電力供給装置１の動作
は、外部直流電源の電圧が１２Ｖの状態におけるものだ
が、外部直流電源の電圧が上昇した場合には、給電部３
のインバータ回路の発振周波数を以下のように制御し
て、受電部３の出力電圧上昇を低減する。給電部２が有
する周波数制御回路１１は電圧比較回路からなる。直流
入力端子２ａに印加された直流入力電圧は周波数制御回
路１１の直流入力電圧検出端子１１ａにも印加される。
そして、直流入力端子２ａの電圧が予め設定した電圧Ｖ
１、例えば１３．５Ｖより高くなったときには、周波数
制御回路１１は、１３．５Ｖを第１の閾値とし第１の電
圧比較回路（図示せず）によって、この電圧上昇を検出
する。周波数制御回路１１は、この電圧上昇を検出する
と、その第１の制御端子１１ｂから、ＭＯＳトランジス
タＱ９ａ、Ｑ９ｂのゲートに接続されたフォトカップラ
９ｃを駆動し、ＭＯＳトランジスタＱ９ａ、Ｑ９ｂをオ
ン状態にする。そうすると、ＭＯＳトランジスタＱ９
ａ、Ｑ９ｂを介して第１の副コンデンサＣ８ａは給電コ
イル５に並列接続され、給電共振回路の共振周波数が低
下して（この共振周波数をｆ１とする）、インバータ回
路は前記共振周波数ｆ１で発振することになる。

【００２３】一方、受電共振回路の共振周波数はｆ０で
一定であるから、インバータの発振周波数ｆ１と受電共
振回路の共振周波数ｆ０とのずれ（離調）によって、給
電コイル５と受電コイル６との電磁結合が低下する。そ
の結果、給電部２の直流入力電圧が１２Ｖから１３．５
Ｖまで上昇したにもかかわらず、受電コイル６が電磁結
合で誘起する交流電圧上昇は低減され、受電部３の出力
電圧上昇も低減される。

【００２４】さらに、直流入力端子２ａの電圧が予め設
定した電圧Ｖ２、例えば１４Ｖより高くなったときに
は、周波数制御回路１１は、１４Ｖを第２の閾値とし第
２の電圧比較回路（図示せず）によって、この電圧上昇
を検出する。周波数制御回路１１は、この電圧上昇を検
出すると、その第２の制御端子１１ｃから、ＭＯＳトラ
ンジスタＱ１０ａ、Ｑ１０ｂのゲートに接続されたフォ
トカップラ１０ｃを駆動し、ＭＯＳトランジスタＱ１０
ａ、Ｑ１０ｂをオン状態にする。そうすると、ＭＯＳト
ランジスタＱ１０ａ、Ｑ１０ｂを介して第２の副コンデ
ンサＣ８ｂも給電コイル５に並列接続され、給電共振回
路の共振周波数がさらに低下して（この共振周波数をｆ
２とする）、インバータ回路は周波数ｆ２で発振するこ
とになる。

【００２５】インバータの発振周波数がさらにｆ２まで
低下したことによって、インバータの発振周波数と受電
共振回路の共振周波数ｆ０とはさら離調し、給電コイル
５と受電コイル６との電磁結合がさらに低下する。その
結果、給電部２の直流入力電圧が１２Ｖから１３．５
Ｖ、さらに１４Ｖまで上昇したにもかかわらず、受電コ
イル６が電磁結合で誘起する交流電圧上昇は低減され、
受電部３の出力電圧上も低減される。

【００２６】このようにして、給電部２の直流入力電圧
が１２Ｖから１３．５Ｖ、さらに１４Ｖへと上昇して
も、受電部３の出力電圧上昇が低減される。なお、直流
入力電圧が１４Ｖから１３．５Ｖ、さらに１２Ｖへと低
下する場合には、周波数制御回路１１は、副コンデンサ
Ｃ８ｂ、Ｃ８ａを給電コイル５から逐次切り離すことに
よって、受電部３の出力電圧低下を低減する。

【００２７】図２は、給電部２の直流入力電圧の変化に
対する受電部３の出力電圧変化の例を示すものであり、
給電部２の直流入力電圧が１２Ｖのときに、受電部３の
出力電圧は１３．６Ｖであり、給電部２の直流入力電圧
が１３．５Ｖのときに、受電部３の出力電圧は１３．８
Ｖであり、給電部２の直流入力電圧が１４Ｖのときに、
受電部３の出力電圧は１３．８Ｖである。

【００２８】このように、周波数制御手段は、給電部２
の直流入力電圧の変化を検出し、インバータ回路の発振
周波数を変化させることによって、受電部３の出力電圧
変化を低減する。図３の実線は、給電部の直流入力電圧
を１４Ｖに設定した場合において、上記第一の非接触電
力供給装置と従来の非接触電力供給装置との温度上昇
を、動作開始からの時間の経過と共に測定した温度上昇
特性を示す（同図の実線は上記第一の非接触電力供給装
置の温度上昇であり、破線は従来の非接触電力供給装置
の温度上昇である）。なお、いずれの場合にも、受電部
が負荷に供給している負荷電圧は１３．８Ｖで電流は２
Ａである。

【００２９】従来の非接触電力供給装置では、電圧安定
回路の発熱分だけ温度上昇が増える。一方、第一の実施
形態の非接触電力供給装置では、電圧安定回路を用いて
いないので、温度上昇が従来の非接触電力供給装置に比
べて少ない。次に、図４は、本発明に係る非接触電力供
給装置の第二の実施形態の要部概略構成図である。な
お、第一の実施形態と同じ機能を有する構成要素につい
ては、同一の符号を付してその説明を省略する。

【００３０】第二の実施形態に係る非接触電力供給装置
１では、給電部２は、周波数制御手段としてマイクロ・
プロセッサ・ユニット（以下、「ＭＰＵ」）１９と、こ
のＭＰＵ１９に接続される受信回路３０とを有してい
る。一方、受電部３は送信回路３１を有しており、送信
回路３１は受電部３が給電部２から受電して得た直流電
圧で動作して、給電部２側に電波を送信する。

【００３１】なお、上記ＭＰＵ１９は、第１の制御端子
１９ｂから、フォトカップラ９ｃを駆動してＭＯＳトラ
ンジスタＱ９ａ、Ｑ９ｂのオン／オフを制御し、また第
２の制御端子１９ｃを介して、フォトカップラ１０ｃを
駆動してＭＯＳトランジスタＱ１０ａ、Ｑ１０ｂのオン
／オフを制御する。このように構成された非接触電力供
給装置１では、以下に説明するように、給電部２と受電
部３との間の距離による電力伝送の変化を低減して、受
電部３の出力電圧の変化を低減させることができる。

【００３２】この非接触電力給電装置１では、給電部２
の受信回路３０は、受電部３の送信回路３１が送信する
電波を受信して、その電界強度を測定し、この測定デー
タをＭＰＵ１９のデータ入力端子１９ｄへディジタルデ
ータとして出力する。ＭＰＵ１９は、こうして得た電界
強度の測定データから、給電部２と受電部３との距離を
算出する。たとえば、予め、電波の電界強度に対する電
部２と受電部３との距離の関係を変換テーブルとしてＭ
ＰＵ１９の図示しないメモリ回路にメモリしておくこと
で、ＭＰＵ１９は、電波の電界強度データを入力データ
として、給電部２と受電部３との間の距離を算出するこ
とができる。

【００３３】たとえば、給電部２と受電部３との距離Ｌ
０において電波の電界強度をＥ０、距離Ｌ１において電
波の電界強度をＥ１、距離Ｌ２において電波の電界強度
をＥ２とする。そして、Ｌ０＞Ｌ１＞Ｌ２であるとす
る。なおここで、距離Ｌ０は、この非接触電力給電装置
１が受電部３から定格出力電圧（例えば１３．６Ｖ）を
得ることのできる最長距離であるとする。

【００３４】給電コイル５と受電コイル６とで最も効率
良く電力を伝送できる状態は、インバータの発振周波数
と受電共振回路の共振周波数が共にｆ０で一致している
状態である。したがって、最も長い距離である距離Ｌ０
において、給電共振回路の共振周波数をｆ０に制御する
ことで、受電部３の直流出力電圧を定格出力電圧にする
ことができる。上記給電共振周波数の制御は、受信回路
３０からの電界強度データＥ０に基づき、ＭＰＵ１９が
副コンデンサＣ８ａ、Ｃ８ｂの給電コイルへの接続をオ
フ状態に制御することで行われる。

【００３５】次に、距離Ｌ１では、距離Ｌ０のときに比
べて、給電コイル５から受電コイル６へ、電力が効率良
く伝送されるので、インバータの発振周波数がｆ０であ
ると、受電部３の直流出力電圧が定格出力電圧よりも上
昇してしまう。ＭＰＵ１９は、電界強度のデータＥ１か
ら距離Ｌ１を算出すると、第１の制御端子１９ｂを介し
て、フォトカップラ９ｃを駆動してＭＯＳトランジスタ
Ｑ９ａ、Ｑ９ｂを導通させ、副コンデンサＣ８ａを給電
コイル５に並列接続して、給電共振回路の共振周波数を
ｆ１に低下させる。そうすると、インバータ回路の発振
周波数はｆ０からｆ１に低下して、給電部２と受電部３
との距離がＬ０からＬ１へと近くなったことによる給電
コイル５から受電コイル６へ伝送される電力増加が低減
され、受電部３の出力電圧の上昇が低減される。

【００３６】同様に、距離Ｌ２において、ＭＰＵ１９
は、電界強度のデータＥ２から距離Ｌ２を算出し、第２
の制御端子１９ｃを介してフォトカップラ１０ｃを駆動
して、ＭＯＳトランジスタＱ１０ａ、Ｑ１０ｂを導通さ
せ、さらに副コンデンサＣ８ｂを給電コイル５に並列接
続させて、給電共振回路の共振周波数をｆ２に低下させ
る。そうすると、インバータ回路の発振周波数はｆ１か
らさらにｆ２に低下して、給電部２と受電部３との距離
がＬ１からＬ２へと近くなったことによる給電コイル５
から受電コイル６へ伝送される電力増加が低減され、受
電部３の出力電圧の上昇が低減される。

【００３７】なお、距離がＬ２からＬ１、そしてＬ０と
長くなる場合には、ＭＰＵ１９は、給電コイル５から、
副コンデンサＣ８ｂ、Ｃ８ａを逐次切り離す。このよう
に、給電部２のＭＰＵ１９は、給電部２と受電部３との
距離を検出し、インバータ回路の発振周波数を変化させ
ることによって、前記距離の変化にもかかわらず、受電
コイル６が給電コイル５からの電磁結合で伝送される電
力の変化を低減し、受電部３の出力電圧変化を低減す
る。

【００３８】なお、給電部２と受電部３との距離の測定
は、電波を用いて測定する場合に限定されず、光波や音
波を用い、それらの強度を測定すること、またはインバ
ータの自励発振周波数の変化を検知することによっても
可能である。次に説明する第三の実施形態に係る非接触
電力供給装置は、第二の実施形態に係る非接触電力供給
装置と同様の構成要素を有しているので、第三の実施形
態についても図４を用いて説明する。

【００３９】第三の実施形態に係る非接触電力供給装置
１では、給電部２と受電部３との距離、および給電部２
の直流入力電圧が一定の状態にある場合には、受電部３
の直流出力端子３ａ、３ｂ間に接続された負荷の消費電
流の増加によって、直流出力端子３ａ、３ｂ間の出力電
圧が低下する。この非接触電力給電装置１は、以下に説
明するように、負荷の消費電流の変化に起因する受電部
３の出力電圧変化を低減することができる。

【００４０】この非接触電力給電装置１では、受電部３
の送信回路３１が、受電部３の出力電圧を測定し、その
測定データを給電部２の受信回路３０へ送信する。受信
回路３０は受信した前記測定データをＭＰＵ１９のデー
タ入力端子１９ｄへディジタルデータとして出力する。
ＭＰＵ１９は、こうして得た受電部３の出力電圧の測定
データに基づき、以下に説明するように、インバータ回
路の発振周波数を制御して受電部３の出力電圧の変化を
低減する。

【００４１】給電コイル５と受電コイル６とで最も効率
良く電力を伝送できる状態は、インバータの発振周波数
と受電共振回路の共振周波数とが共にｆ０で一致してい
る状態である。したがって、負荷の消費電流が最大定格
負荷電流である状態（受電部３の出力電圧が最も低下す
る状態）において、給電共振回路の共振周波数をｆ０に
制御することで、受電部３の出力電圧変化を低減するこ
とができる。すなわち、受電部３の出力電圧を測定デー
タによって検知し、受電部３の出力電圧が定格出力電圧
より低下したときに、ＭＰＵ１９が副コンデンサＣ８
ａ、Ｃ８ｂの給電コイルへの接続をオープン状態に制御
する。

【００４２】次に、受電部３の負荷電流が減少すると、
受電部３の出力電圧が定格出力電圧より上昇する。たと
えば、受電部３の出力電圧が定格電圧より上昇したとき
には、ＭＰＵ１９は、第１の制御端子１９ｂを介して、
フォトカップラ９ｃを駆動してＭＯＳトランジスタＱ９
ａ、Ｑ９ｂの導通させ、副コンデンサＣ８ａを給電コイ
ル５に並列接続させて、給電共振回路の共振周波数をｆ
１に低下させる。そうすると、インバータ回路の発振周
波数はｆ０からｆ１に低下して、給電コイル５から受電
コイル６へ電力伝送効率が低下して、受電部３の出力電
圧変化が低減される。

【００４３】さらに、受電部３の負荷電流が減少する
と、再び受電部３の出力電圧が定格出力電圧より上昇し
て、ＭＰＵ１９は、給電共振回路の共振周波数をさらに
低下させる。このとき既に、ＭＰＵ１９は副コンデンサ
Ｃ８ａを給電コイル５に並列接続させているので、ＭＰ
Ｕ１９は、さらに、第２の制御端子１９ｃを介してフォ
トカップラ１０ｃを駆動して、ＭＯＳトランジスタＱ１
０ａ、Ｑ１０ｂの導通させ、副コンデンサＣ８ｂを給電
コイル５に並列接続させて、給電共振回路の共振周波数
をｆ２に低下させる。そうすると、インバータ回路の発
振周波数がｆ１からｆ２に低下して、給電コイル５から
受電コイル６への電力伝送効率が低下して、受電部３の
出力電圧変化が低減される。

【００４４】このようにして、受電部３の負荷電流が減
少しても、受電部３の出力電圧変化が低減される。な
お、負荷電流が増加するときには、受電部３の出力電圧
が定格電圧より低下する度に、ＭＰＵ１９は、副コンデ
ンサＣ８ｂ、Ｃ８ａを給電コイルから切り離すことによ
って、受電部３の出力電圧変化を低減できる。

【００４５】また、受電部の出力電圧を測定して送信す
る場合、電波の他に、光、音波、または電磁誘導による
近接磁界を用いてもよい。以上、説明した非接触電力供
給装置では、周波数制御手段によって制御される副コン
デンサが２つであるが、副コンデンサの数と、これら副
コンデンサの接続を制御するための基準、たとえば、給
電部の直流入力電圧の変化を検出する閾値の数とを増加
させることによって、給電部の直流入力電圧が広い範囲
で変化しても、受電部３の出力電圧変化を低減すること
ができる。このことは給電部と受電部との距離の変化に
おいても、また受電部の負荷電流の変化においても同様
である。

【００４６】また、インバータの発振周波数と受電共振
回路とを離調するために副コンデンサを接続する例を示
したが、副コンデンサをすべて給電コイルに接続した状
態でインバータの発振周波数と受電共振回路の同調をと
り、副コンデンサを切り離すことで離調するようにして
もよい。さらに、副コンデンサではなく、給電コイルに
補助コイルを並列接続して、インバータの発振周波数を
変化させても良い。あるいは、給電コイルに補助コイル
を直列接続して、インバータの発振周波数を変化させて
も良い。なお、プッシュ・プル型のインバータ回路で、
給電コイルに補助コイルを直列接続する場合には、補助
コイルは給電コイルの一端と他端に同時に直列接続する
必要がある。

【００４７】また、インバータ回路に関しては、プッシ
ュ・プル型に限らず、発振回路を構成するものであれ
ば、本発明のインバータ回路として使用できることは言
うまでもない。以上、本発明は、その趣旨を逸脱しない
範囲で種々の負荷制御について実施することができ、ま
た、上述した実施形態に限定されるものではなく、その
趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形をして実施すること
ができる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の非接触電
力供給装置によれば、受電部が電圧安定回路を使用せず
負荷に安定した直流電圧を供給することによって、受電
部の発熱量を低減することができるので、受電部を小型
・軽量化することができるという効果が得られる（請求
項１〜３）。

【００４９】請求項４では、インバータの直流入力電圧
の変化によっても、受電部が電圧安定回路を使用せず負
荷に安定した直流電圧を供給することができ、受電部の
発熱量を低減して、受電部を小型・軽量化することがで
きるという効果が得られる。請求項５では、給電部と受
電部との距離の変化によっても、受電部が電圧安定回路
を使用せず負荷に安定した直流電圧を供給することがで
き、受電部の発熱量を低減して、受電部を小型・軽量化
することができるという効果が得られる。

【００５０】請求項６では、負荷に流れる電流の変化に
よっても、受電部が電圧安定回路を使用せず負荷に安定
した直流電圧を供給することができ、受電部の発熱量を
低減して、受電部を小型・軽量化することができるとい
う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る非接触電力供給装置の第一の実施
形態の要部概略構成図である。

【図２】図１の非接触電力供給装置の直流入力電圧の変
化に対する受電部の出力電圧変化を示す特性図である。

【図３】図１の非接触電力供給装置と従来の非接触電力
供給装置との温度上昇を、動作開始からの時間の経過と
共に測定した温度上昇特性を示す特性図である。

【図４】本発明に係る非接触電力供給装置の第二および
第三の実施形態の要部概略構成図である。

【符号の説明】

１非接触電力給電装置２給電部３受電部５給電コイル６受電コイルＣ８主コンデンサＣ８ａ、Ｃ８ｂ副コンデンサ１１周波数制御手段１９ＭＰＵＣ２１受電コンデンサＤ２２ａ、Ｄ２２ｂ整流ダイオードＬ２３平滑コイルＣ２４平滑コンデンサ３０送信回路３１受信回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H730 AA02 AA07 AA14 BB25 BB57 BB67 BB80 DD04 EE03 EE08 FF01 FG09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電力を交流電力に変換するインバー
タと、前記インバータで駆動される給電コイルと、前記給電コイルに接続される主コンデンサと、前記給電コイルに選択接続され前記インバータの発振周
波数を規定する周波数規定手段と、前記周波数規定手段を前記給電コイルに選択して接続す
る周波数制御手段と、前記給電コイルと電磁結合して交流電力を受電する受電
コイルと、前記受電コイルに並列に接続された受電部コンデンサ
と、前記受電コイルが受電した交流電力を直流電力に変換す
る交流直流変換回路とを備えたことを特徴とする非接触
電力供給装置。
【請求項２】前記周波数規定手段は、前記周波数制御
手段によって選択されて前記給電コイルに並列に接続さ
れる一または二以上の副コンデンサであることを特徴と
する請求項１に記載の非接触電力供給装置。
【請求項３】前記周波数規定手段は、前記周波数制御
手段によって選択されて前記給電コイルに並列または直
列に接続される一または二以上の補助コイルであること
を特徴とする請求項１に記載の非接触電力供給装置。
【請求項４】前記周波数制御手段は、インバータの直
流入力電圧を検出する入力電圧検出手段の検出結果に基
づき前記周波数規定手段を選択することを特徴とする請
求項１に記載の非接触電力供給装置。
【請求項５】前記周波数制御手段は、前記給電コイル
と前記受電コイルの距離を検出する距離検出手段の検出
結果に基づき前記周波数規定手段を選択することを特徴
とする請求項１に記載の非接触電力供給装置。
【請求項６】前記周波数制御手段は、前記交流直流変
換回路の出力電圧を検出する出力電圧検出手段の検出結
果に基づき前記周波数規定手段を選択することを特徴と
する請求項１に記載の非接触電力供給装置。