JP2004129315A

JP2004129315A - 非接触充電器

Info

Publication number: JP2004129315A
Application number: JP2002285404A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Kounofuji; 甲野藤　正明
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【解決手段】非接触充電器１０において、商用電源１８を受ける整流回路２０−１次側コイル１６ａ−ＭＯＳＦＥＴ２４で１次側回路１２を形成する。スイッチ２８を接点２８ｂに切替えることによってリフレシュ充電モードが設定され、スイッチ４２を介して商用電源が１次側コイル４４ａに印加され、この信号電圧が２次側制御回路４０によって検出され、この２次側制御回路がＭＯＳＦＥＴ３８を断続する。したがって、電池３６から放電された電圧によって、２次側コイルから１次側コイル１６ｂに放電電圧が誘起され、この放電電圧が、スイッチ２８から放電抵抗３０を通ってアースに放電される。１次側制御回路は放電電圧が所定以下になると、スイッチ２８を接点２８ａ側に切替える。したがって、充電モードが開始され、電池が、２次側コイルに誘起された充電電圧によって充電される。
【効果】非接触充電器であっても、電池使用機器側に放電回路を設ける必要がない。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、非接触充電器に関し、特にたとえばアシスト自転車、あるいは携帯電話機や情報端末等の携帯用電子機器に搭載される電源用２次電池（以下、単に「電池」という）を充放電する非接触充電器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般にニッケル‐カドミウム電池やニッケル‐水素電池等の電池は、所謂メモリ効果により電池の容量が十分取り出せず、それを用いる電子機器の使用時間が短くなってしまうという問題があった。つまり、完全放電される前、すなわち、電力が電池に残存している状態で充放電（部分充電及び部分放電）を繰り返し実行すると、電池の放電カーブに異常を来たし、見かけ上の電池容量が減少する。
【０００３】
そのため、これらの電池の充電器ではリフレッシュ機能（充電時に電池を完全放電させる機能）を持たせる必要がある。電線や端子を通じて電池に直接充電電力を供給する、いわゆる接触充電器にこのようなリフレッシュ機能を持たせることは比較的簡単である。
【０００４】
他方、非接触充電器は、接触充電器のように２次側（電池側）に充放電端子を設けることができないので、リフレッシュ用放電回路を電子機器側に設ける必要があった。このような非接触充電器の一例が、例えば、特開平８−３２９９９３号公報［Ｈ０１Ｍ　１０／４６］に開示されており、この従来技術は、機器本体にリフレッシュ用放電回路を設けている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この従来技術では、電子機器自体に放電回路を設けている関係で機器側の回路構成が複雑化し、それに伴い放電回路及びその放熱部の寸法や重量によって大型化するという問題があった。さらに、同じ放電電力を消費させるためにも、放熱部には寸法的及び熱的余裕が必要となり、その機器側で放電を行う場合、放電時間も長く設定しなければならないという新たな問題が発生する。
【０００６】
それゆえに、この発明の主たる目的は、リフレッシュ用放電回路を備えることによって機器側で放電する必要のない、非接触充電器を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、商用電源（１８）　を受ける整流回路（２０）　を有し、その整流回路に第１スイッチング素子（Ｑ１，２４）　を介して電磁トランス（１６）　の１次側コイル（１６ａ）　を接続した１次側回路（１２）　と、電磁トランスの２次側コイル（１６ｂ）　に誘起された充電電圧を整流して電池（３６）　に与える２次側回路（１４）　を有する非接触充電器であって、１次側回路に設けられ、リフレッシュ放電を設定する設定手段（２８，４２）、この設定手段によってリフレッシュ放電が設定されたとき、そのことを示す信号を出力する信号出力手段（４４，４４ａ，４４ｂ）、２次側回路において２次側コイルと電池との間に設けられる第２スイッチング素子（Ｑ２，３８）、　２次側回路に関連して設けられ、信号を検知したとき第２スイッチング素子を制御し、電池の放電電力によって２次側コイルから１次側コイルに放電電圧が誘起されるようにする２次側制御回路（４０）、および１次側コイルを含んで構成され、設定手段によってリフレッシュ放電が設定されたときに１次側コイルに誘起された放電電圧を放電する放電回路（３０）　を備える、非接触充電器である。
【０００８】
【作用】
この発明において、通常の充電をする場合には、設定手段は操作されず、したがって、第１スイッチング素子によって断続されることによって１次側コイルから２次側コイルに充電電圧が誘起され、その充電電圧が整流されて電池に印加されることによって、電池が充電される。
【０００９】
そして、設定手段を構成するたとえばスイッチをユーザが操作してリフレッシュ放電を設定すると、１次側回路においては、たとえば１次側コイルが放電回路に接続される。同時に、信号出力手段から信号が出力され、応じて、２次側制御回路によって第２スイッチング素子を断続制御する。そのため、電池の放電電力によって２次側コイルから１次側コイルに放電電圧が誘起される。この放電電圧が放電回路によって、たとえばアースに放電される。
【００１０】
つまり、電池のリフレッシュのための放電が非接触充電器の１次側で行われる。
【００１１】
実施例においては、信号出力手段は、設定手段によってリフレッシュ放電が設定されたとき商用電源からの交流電圧を受ける制御用１次側コイル（４４ａ）と、この１次側コイルに電磁結合される制御用２次側コイル（４４ｂ）　とを含み、２次側制御回路は制御用２次側コイルに電圧が誘起されたことに応じて、スイッチング素子をオン／オフ（断続）制御する。
【００１２】
設定手段がスイッチ（２８）　の場合、そのスイッチをオンすることによって１次側コイルが放電回路に接続され、スイッチをオフすることによって１次側コイルを整流回路に接続して電池の充電を可能にする。そして、１次側制御回路は１次側コイルに誘起された放電電圧の大きさを監視し、その大きさが所定以下になったときスイッチをオフする。
【００１３】
また、２次側回路の第２スイッチング素子と電池との間に設けられた第３スイッチング素子をさらに備え、２次側制御回路は電池電圧を監視し、満充電を検出した時、電池の充電を停止されるように第３スイッチング素子をオフする。
【００１４】
【発明の効果】
この発明によれば、機器側にリフレッシュ用放電回路を設ける必要がないので機器の小型化、軽量化が可能となる。また、機器側での放電による発熱の問題がないので、リフレッシュ時間も短縮できる。
【００１５】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して以下に行う実施例の詳細な説明により一層明らかとなろう。
【００１６】
【実施例】
図１に示すこの発明の一実施例の非接触充電器１０は、充電器本体（図示せず）に搭載される１次側回路１２とアシスト自転車や携帯用電子機器等の電池使用機器（図示せず）に搭載される２次側回路１４とを含み、その１次側回路１２と２次側回路１４とは電磁トランス１６により電磁誘導結合される。
【００１７】
１次側回路１２は、たとえばＡＣコード（図示せず）によってＡＣ１００Ｖの商用交流電源１８に接続される、４個のダイオードからなるブリッジ回路で形成される全波整流回路２０を含み、この全波整流回路２０は電磁トランス１６の１次側コイル１６ａ、および第１スイッチング素子Ｑ１とともに閉回路を構成する。したがって、商用交流電源１８から出力された５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの交流電力は、全波整流回路２０で整流され平滑コンデンサ２２によって平滑された後、電磁トランス１６の１次側コイル１６ａと第１スイッチング素子Ｑ１との直列回路の両端に直流電力として印加される。
【００１８】
第１スイッチング素子Ｑ１は、この実施例では、寄生ダイオード付きＭＯＳＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）２４で構成され、このＭＯＳＦＥＴ２４は後述の１次側制御回路２６によりオン／オフ制御（スイッチング）される。
【００１９】
そして、上記閉回路中において、全波整流回路２０と平滑コンデンサ２２との間に切替えスイッチ２８が設けられる。この切替えスイッチ２８は、第１接点（充電側接点）２８ａおよび第２接点（放電側接点）２８ｂと、ユーザ操作によって手動でこれらの接点に選択的に接続される切替片２８ｃを有する。充電側接点２８ａは全波整流回路２０の一端に接続されて切替片２８ｃにより１次側コイル１６ａとＭＯＳＦＥＴ２４とともに充電閉回路を構成する。一方、放電側接点２８ｂは放電抵抗３０を有するリフレッシュ用放電回路３２の一端に接続されて切替片２８ｃにより１次側コイル１６ａとＭＯＳＦＥＴ２４とともに放電閉回路を構成する。
【００２０】
そして、上述の１次制御回路２６は、非接触充電器１０の１次側回路１２の直流電圧を検出するため１次側電圧検出点５６の電圧を受ける。この１次側制御回路２６は、たとえばマイクロコンピュータないしプロセッサを含み、電池３６（後述）の放電中、電圧検出点５６の電圧を監視し、その電圧に応じてＭＯＳＦＥＴ２４のゲート信号（スイッチング）を制御する。
【００２１】
また、非接触充電器１０の２次側回路１４は、電磁トランス１６の１次側コイル１６ａと電磁誘導結合する２次側コイル１６ｂの両端に第２スイッチング素子Ｑ２と機器用電源となる電池３６の直列回路を接続して閉回路を構成している。この第２スイッチング素子Ｑ２も上述の第１スイッチング素子Ｑ１と同様に寄生ダイオード付きＭＯＳＦＥＴ３８で構成され、このＭＯＳＦＥＴ３８は後述の２次側制御回路４０によりオン／オフ制御（スイッチング）される。
【００２２】
そして、ＭＯＳＦＥＴ３８の内部の寄生ダイオードと電池３６に並列接続された平滑コンデンサ３４によって、２次側コイル１６ｂに電磁誘導作用で発生する出力電圧（充電電圧）は整流平滑されて直流電圧として電池３６に供給され、電池３６が充電される。
【００２３】
更に、商用交流電源１８の両端には、たとえばＡＣコード（図示せず）によって、ユーザ操作によって手動で閉路（オン）され、１次側制御回路２６からの制御信号によって自動的に開路（オフ）する放電スイッチ４２を介して、制御用電磁トランス４４の制御用１次側コイル４４ａが接続され、先に述べた１次側制御回路２６とともに１次側制御装置４６を構成している。なお、放電スイッチ４２は切替えスイッチ２８の切替片２８ｃと連動して動作する。そして、たとえば、放電スイッチ４２を手動で閉路（オン）すると、図１に示すように切替えスイッチ２８の切替片２８ｃは充電側接点２８ａから放電側接点２８ｂに切替え接続されて１次側回路１２の充電回路は遮断され、放電回路３２に切替えられる。
【００２４】
また、制御用電磁トランス４４の制御用２次側コイル４４ｂにはダイオード４８と平滑コンデンサ５０とで構成される整流平滑回路５２が接続され、この制御用２次側コイル４４ｂの交流出力は整流平滑回路５２で整流平滑されて直流出力として２次側制御回路４０に付与される。そして、制御用２次側コイル４４ｂと整流平滑回路５２および２次側制御回路４０とにより２次側制御装置５４を構成している。
【００２５】
また、２次側制御回路４０は、２次側回路１４の直流電圧を検出するための２次側電圧検出点５８の電圧を受ける。この２次側制御回路４０は、たとえばマイクロコンピュータないしプロセッサを含み、電池３６の充電中、電圧検出点５８の電圧を監視し、その電圧に応じてＭＯＳＦＥＴ３８のゲート信号（スイッチング）を制御する。さらに、電池３６の満充電検出時に充電を停止させるために第２スイッチング素子Ｑ２と電池３６との間に第３スイッチング素子Ｑ３を設けている。この第３スイッチング素子Ｑ３は、充電電圧の大きさを２次側電圧検出点５８で２次側制御回路４０によって監視し、満充電を検出した時、第３スイッチング素子Ｑ３をオフするゲート信号を出して充電を停止する。また、第３スイッチング素子Ｑ３も、第１および第２スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と同様、寄生ダイオード付きＭＯＳＦＥＴ６０で構成される。
【００２６】
なお、リフレッシュ放電時と通常の充電時における上述の第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２の寄生ダイオード付きＭＯＳＦＥＴ２４と３８のオン／オフ状態が、図３の（ａ）と（ｂ）にそれぞれ示されている。
【００２７】
各図から明らかなように、リフレッシュ放電時には第１スイッチング素子Ｑ１（ＭＯＳＦＥＴ２４）はオフ状態、第２スイッチング素子Ｑ２（ＭＯＳＦＥＴ３８）はオン状態となり、放電電流は→で示す方向に流れる。
【００２８】
また、充電時には第１スイッチング素子Ｑ１（ＭＯＳＦＥＴ２４）はオン状態、第２スイッチング素子Ｑ２（ＭＯＳＦＥＴ３８）はオフ状態となり、充電電流は→で示す方向に流れる。なお、第３スイッチング素子Ｑ３（ＭＯＳＦＥＴ６０）は、電池３６の満充電検出時以外は常時オン状態である。
【００２９】
次にこの非接触充電器１０におけるリフレッシュ充電の動作について説明する。
【００３０】
充電前に電池３６のリフレッシュを行う際、ユーザは、まず、放電スイッチ４２を図１に示すように、手動操作によって閉路（オン）する。この放電スイッチ４２のオンによって、制御用電磁トランス４４の制御用１次側コイル４４ａに商用交流電源１８より交流電力が供給される。これにより制御用電磁トランス４４の制御用２次側コイル４４ｂに交流電圧が出力され、この交流電圧は整流平滑回路５２で直流電圧に変換され、この直流電圧が２次側制御回路４０に付与される。これにより、２次側制御回路４０に含まれるマイクロコンピュータは、非接触充電器１０の１次側回路１２が放電状態にあることを検知し、２次側制御回路４０より第３スイッチング素子Ｑ３のＭＯＳＦＥＴ６０をオン状態とし、第２スイッチング素子Ｑ２のＭＯＳＦＥＴ３８を周期的にオン状態とするゲート信号を出す。そして、第２スイッチング素子Ｑ２（ＭＯＳＦＥＴ３８）がオン／オフを繰り返すと、電池３６に残存する電力は電磁トランス１６の２次側コイル１６ｂに供給され、２次側コイル１６ｂから第２スイッチング素子Ｑ２のオン／オフの繰り返しによるスイッチング動作に同期した磁束が発生する。
【００３１】
この磁束によって、電磁トランス１６の１次側コイル１６ａに電圧が誘起される。一方、第１スイッチング素子Ｑ１のＭＯＳＦＥＴ２４は１次側制御回路２６の指令によりオフ状態となっている。したがって、ＭＯＳＦＥＴ２４の内部の寄生ダイオードが整流素子として機能し、電磁トランス１６の１次側コイル１６ａに誘起された交流電圧は整流されて、放電回路３２に設けた放電抵抗３０で放電される。
【００３２】
放電中、１次側制御回路２６に含まれるマイクロコンピュータにより、電圧検出点５６の電圧を監視し、この電圧の値より電池３６の放電状態を判定する。そして、電圧検出点５６の値が規定値（設定値）を下回ったことを検出すると、１次側制御回路２６は電池３６がリフレッシュされたと判断し、放電スイッチ４２を自動的にオフにする。これにより、切替えスイッチ２８の切替片２８ｃは放電側接点２８ｂより充電側接点２８ａに切替り非接触充電器１０はリフレッシュ放電状態（モード）から自動的に充電状態（モード）に入ることになる。
【００３３】
この場合、放電スイッチ４２がオフ状態であるから、切替えスイッチ２８の切替片２８ｃは、図２に示すように、充電側接点２８ａに接続される。これにより、非接触充電器１０の１次側回路１２は充電閉回路を形成する。
【００３４】
そして、商用交流電源１８から供給される交流電力は全波整流回路２０で整流され、さらに平滑コンデンサ２２で平滑されて直流電圧となり、この直流電圧が１次側制御回路２６に付与される。これにより、１次側制御回路２６に含まれるマイクロコンピュータは、非接触充電器１０の１次側回路１２が充電状態にあることを検知し、１次側制御回路２６より第１スイッチング素子Ｑ１のＭＯＳＦＥＴ２４をオン状態とするゲート信号を出す。これにより、電磁トランス１６の１次側コイル１６ａには、第１スイッチング素子Ｑ１（ＭＯＳＦＥＴ２４）のオン／オフの繰り返しに同期した磁束が発生する。
【００３５】
一方、放電スイッチ４２はオフしているので、制御用電磁トランス４４の制御用１次側コイル４４ａには商用交流電源１８から交流電圧は供給されず、制御用電磁トランス４４の制御用２次側コイル４４ｂに信号電圧は発生せず、したがって、２次側制御回路４０に信号電圧は付与されない。これにより、２次側制御回路４０に含まれるマイクロコンピュータは、非接触充電器１０の１次側回路１２が充電状態にあることを検知し、２次側制御回路４０は、第２スイッチング素子Ｑ２（ＭＯＳＦＥＴ３８）をオフするゲート信号を出力するとともに、第３スイッチング素子Ｑ３（ＭＯＳＦＥＴ６０）をオンするゲート信号を出力する。
【００３６】
また、上述のように、電磁トランス１６の１次側コイル１６ａには第１スイッチング素子Ｑ１（ＭＯＳＦＥＴ２４）のオン／オフの繰り返しによるスイッチング動作に同期した磁束が発生しており、この磁束によって２次側コイル１６ｂに電圧が誘起される。そして、第２スイッチング素子Ｑ２のＭＯＳＦＥＴ３８はオフ状態であるから、ＭＯＳＦＥＴ３８の内部の寄生ダイオードが整流素子として機能する。この寄生ダイオードと平滑コンデンサ３４によって電磁トランス１６の２次側コイル１６ｂに誘起された電圧は直流電圧に変換されてオン状態の第３スイッチング素子Ｑ３を経由して電池３６に供給され、電池３６の充電が行われる。それとともに、２次側制御回路４０に含まれるマイクロコンピュータは、電圧検出点５８の電圧変化を検出して、満充電を検出した時、第３スイッチング素子Ｑ３のＭＯＳＦＥＴ６０をオフするゲート信号を出して充電を停止する。
【００３７】
また、電池３６の充電の停止は、この実施例以外に、例えば２次側回路に流れる充電電流を、たとえば電流検出センサ等で検出し、この電流により満充電を検出してもよい。
【００３８】
なお、上述のリフレッシュ充電をしない通常の充電を行う場合、放電スイッチを操作しないで、非接触充電器の１次側回路に設けた第１スイッチング素子Ｑ１（ＭＯＳＦＥＴ２４）によるスイッチング動作（オン／オフ制御）で電磁トランスの１次側コイルから２次側コイルに充電電圧が誘起され、その充電電圧が整流されて電池に印加されることによって、電池の充電が行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例である非接触充電器のリフレッシュ放電時における概略回路構成を示すブロック図である。
【図２】図１の実施例における充電時における概略回路構成を示すブロック図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、図１及び図２における各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２（寄生ダイオード付きＭＯＳＦＥＴ２４、３８）の放電時と充電時におけるオン／オフ状態の説明図である。
【符号の説明】
１０　・・・非接触充電器
１２　・・・１次側回路
１４　・・・２次側回路
１６　・・・電磁トランス
１８　・・・商用交流電源（ＡＣ１００Ｖ）
２０　・・・全波整流回路
２２　・・・平滑コンデンサ
２４　・・・寄生ダイオード付きＭＯＳＦＥＴ（第１スイッチング素子Ｑ１）
３８　・・・寄生ダイオード付きＭＯＳＦＥＴ（第２スイッチング素子Ｑ２）
２６　・・・１次側制御回路
２８　・・・切替えスイッチ（設定手段）
３２　・・・放電回路
３６　・・・電池
４０　・・・二次側制御回路
４２　・・・放電スイッチ（設定手段）
４４　・・・制御用電磁トランス（信号出力手段）
６０　・・・寄生ダイオード付きＭＯＳＦＥＴ（第３スイッチング素子）

Claims

商用電源（１８）　を受ける整流回路（２０）　を有し、その整流回路に第１スイッチング素子（Ｑ１，２４）　を介して電磁トランス（１６）　の１次側コイル（１６ａ）　を接続した１次側回路（１２）　と、前記電磁トランスの２次側コイル（１６ｂ）　に誘起された充電電圧を整流して電池（３６）　に与える２次側回路（１４）　を有する非接触充電器であって、
前記１次側回路に設けられ、リフレッシュ放電を設定する設定手段（２８，４２）、
前記設定手段によってリフレッシュ放電が設定されたとき、そのことを示す信号を出力する信号出力手段（４４，４４ａ，４４ｂ）、
前記２次側回路において前記２次側コイルと前記電池との間に設けられる第２スイッチング素子（Ｑ２，３８）、
前記２次側回路に関連して設けられ、前記信号を検知したとき前記第２スイッチング素子を制御し、前記電池の放電電力によって前記２次側コイルから前記１次側コイルに放電電圧が誘起されるようにする２次側制御回路（４０）、および
前記１次側コイルを含んで構成され、前記設定手段によってリフレッシュ放電が設定されたときに前記１次側コイルに誘起された前記放電電圧を放電する放電回路（３０）　を備える、非接触充電器。
前記信号出力手段は、前記設定手段によってリフレッシュ放電が設定されたとき前記商用電源からの交流電圧を受ける制御用１次側コイル（４４ａ）と、前記１次側コイルに電磁結合される制御用２次側コイル（４４ｂ）　とを含み、
前記２次側制御回路は前記制御用２次側コイルに電圧が誘起されたことに応じて、前記第２スイッチング素子をオン／オフ制御する、請求項１記載の非接触充電器。
前記設定手段はスイッチ（２８）　を含み、前記スイッチをオンすることによって前記１次側コイルが前記放電回路に接続され、前記スイッチをオフすることによって前記１次側コイルを前記整流回路に接続して前記電池の充電を可能にする、請求項１または２記載の非接触充電器。
前記１次側制御回路は前記１次側コイルに誘起された前記放電電圧の大きさを監視し、その大きさが所定以下になったとき前記スイッチをオフする、請求項３記載の非接触充電器。