JP2004153879A - 非接触給電装置 - Google Patents

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JP2004153879A
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Hidetaka Sato
秀隆 佐藤
Hitoshi Hosoe
仁 細江
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Abstract

【課題】2次側ユニットの出力を常に適正な値に調節することが可能な非接触給電装置を提供する。
【解決手段】結合トランスの1次側と2次側を個別に収容して、相互に分離可能に構成してなる1次側ユニット1と2次側ユニット4を具備し、前記1次側ユニット1から2次側ユニット4へ電磁誘導作用を利用して非接触で電力を供給する給電装置Aにおいて、前記2次側ユニット4は、前記結号トランスの2次側における電圧および電流に関する信号を外部へ無線送信する送信装置20を備え、前記1次側ユニット1は、無線送信された前記信号を受信して、この信号を基に1次側ユニット1の駆動を制御する受信装置12を具備して構成した。
【選択図】 図2

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、2次側の出力電圧および出力電流の適正な値に調節することが可能な非接触給電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、結合トランスの1次側を収容する1次側ユニットと、結合トランスの2次側を収容する2次側ユニットを分離可能に構成し、前記1次側ユニットと2次側ユニットを接近させた状態で、1次側ユニットから2次側ユニットへ非接触で電力を供給する電源装置(非接触給電装置)はよく知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
この非接触給電装置によれば、前記1次側ユニットの電源コードを屋内コンセント等の固定電源に差し込み、窓ガラスやドア等の介在物を挟んで2次側ユニットを前記1次側ユニットに対向配置させて1次側ユニットの1次側巻線と2次側ユニットの2次側巻線から結合トランスを形成し、前記1次側ユニットから2次側ユニットへ電磁誘導作用を利用して非接触で電力を供給することができる。
【0004】
つまり、前記2次側ユニットを屋外に配置すれば、窓ガラスやドアなどを開放することなく屋内と屋外を閉ざした状態で、屋内電源(商用電源)を利用して、前記2次側ユニットに接続した負荷を屋外において良好に駆動させることができ非常に便利である
【0005】
【特許文献1】
特開2001−110658号(第2,3頁、第2図)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、前述した非接触給電装置においては、2次側ユニットに接続される負荷の大きさ(負荷が接続されていない場合を含む)によっては、2次側ユニットの出力電圧が不足したり、過電圧になるといった問題があった。
【0007】
すなわち、2次側ユニットに接続される負荷の大小によって、2次側ユニットに不足電圧が生じたり、過電圧が生じることになるため、2次側ユニットに接続した負荷に不具合が生じたり、また、破壊されてしまうなどの問題があった。
【0008】
さらに、前記1次側ユニットと2次側ユニットの間の間隔が過度に狭かったり、逆に過度に広い場合、さらには、1次側ユニットに接続する商用電源に発生した電圧変動によって、2次側ユニットに電圧不足が生じたり、過電圧となる等種々の問題があったが、従来の非接触給電装置は、前述した問題点を解消するための対策が十分に採られていないため、信頼性および安全性に少なからず不安があった。
【0009】
そこで、本発明は、以上の問題点を解決するために、2次側ユニットに接続される負荷の大きさや、1次側ユニットと2次側ユニットの間の間隔、また、1次側ユニットに接続する商用電源の電圧変動によっても、前記2次側ユニットの出力電圧を常に最適に制御することのできる非接触給電装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課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次側と2次側を個別に収容して、相互に分離可能に構成してなる1次側ユニットと2次側ユニットを具備し、前記1次側ユニットから2次側ユニットへ電磁誘導作用を利用して非接触で電力を供給する電源装置において、前記2次側ユニットは、前記結合トランスの2次側における電圧および電流に関する信号を外部へ無線送信する送信手段を備え、前記1次側ユニットは、無線送信された前記信号を受信して、この信号を基に1次側ユニットの駆動を制御する受信手段を具備して構成した。
【0011】
請求項1記載の非接触給電装置によれば、2次側の電圧値および電流値を常に1次側で制御することが可能であるので、2次側に接続した負荷が過電圧や過電流によって破壊されたり、また、電圧不足や電流不足によって良好に動作させ得ないなどの問題の発生を確実に解消することができる。
【0012】
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、前記送信手段は、電圧または電流を検出する手段と、該検出手段で検出した電圧値・電流値が予め設定した値以上である場合に限り、その旨を示すパルス信号を生成する手段と、前記パルス信号を高周波信号に変換して外部へ無線送信する手段を備え、前記受信手段は、前記送信手段から送信された高周波信号を受信する手段と、当該高周波信号を受信した場合のみ1次側ユニットの駆動を停止する手段を具備して構成した。
【0013】
請求項2記載の非接触給電装置によれば、2次側の電圧値および電流値がそれぞれ過電圧・過電流である場合は、その旨を示す信号が1次側へ送信されて1次側ユニットの駆動を即座に停止するため、それ以後は2次側に過電圧・過電流が流れることはなく、2次側に接続される負荷が誤作動したり、破壊されるといったことはない。
【0014】
請求項3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、前記送信手段は、電圧または電流の検出手段と、該検出信号で検出した電圧・電流値に応じたパルス列からなるパルス信号を生成する手段と、該パルス信号を高周波信号に変換した後、外部へ無線送信する手段を備え、前記受信手段は、前記送信手段から送信された高周波信号を受信する手段と、受信した高周波信号を送信手段にて生成されたパルス信号に復調させる手段と、復調させたパルス信号の内容に応じて1次側ユニットの駆動/停止を制御する手段を具備して構成した

【0015】
請求項3記載の非接触給電装置によれば、無線送信時に高周波信号に変換したパルス信号を受信側で確実に復調させることができるので、2次側の電圧・電流情報を1次側で確実に把握することができ、2次側から1次側へのフィードバック制御が可能となる。
【0016】
請求項4記載の非接触給電装置は、結合トランスの1次側と2次側を個別に収容して、相互に分離可能に構成してなる1次側ユニットと2次側ユニットを具備し、前記1次側ユニットから2次側ユニットへ電磁誘導作用を利用して非接触で電力を供給する電源装置において、前記1次側ユニットは、前記結合トランスの2次側の周波数を共振周波数から逸脱させる信号を外部へ無線送信する送信手段を具備し、前記2次側ユニットは、無線送信された前記信号を受信し、この信号の内容に応じて前記結合トランスの2次側周波数を調節する受信手段を具備して構成した。
【0017】
請求項4記載の非接触給電装置によれば、2次側に過電圧や過電流が生じる可能性がある場合、もしくは、2次側に実際に過電圧や過電流が発生した場合において、1次側から2次側へ、当該2次側の周波数を共振周波数から逸脱させる信号を送信することによって、2次側の過電圧・過電流を確実に防止することができる。
【0018】
請求項5記載の非接触給電装置は、請求項4記載の非接触給電装置において、前記送信手段は、前記結合トランスの2次側周波数を調節可能なスイッチ手段と、該スイッチ手段にて設定された内容をパルス列として示すパルス信号を生成する手段と、生成した前記パルス信号を高周波信号に変換した後、外部へ無線送信する手段を具備し、前記受信手段は、前記送信手段から送信された高周波信号を受信する手段と、受信した高周波信号を送信手段にて生成されたパルス信号に復調させる手段と、復調させたパルス信号の内容に応じてスイッチング素子のオン/オフを制御することにより、前記結合トランスの2次側の周波数を調節する手段を具備して構成した。
【0019】
請求項5記載の非接触給電装置によれば、2次側の周波数を1次側に備えたスイッチ手段の操作によって設定することができるので、2次側周波数の変更がより簡単な操作で迅速かつ確実に変更することができる。
【0020】
請求項6記載の非接触給電装置は、請求項5記載の非接触給電装置において、前記スイッチ手段は、前記結合トランスの2次側周波数の共振周波数からの逸脱の程度を任意に設定可能な可変抵抗によって構成した。
【0021】
請求項6記載の非接触給電装置によれば、スイッチ手段を可変抵抗によって構成することにより、2次側出力の微妙な調節が前記スイッチ手段により可能となる。
【0022】
請求項7記載の非接触給電装置は、請求項2,3,5,6記載の非接触給電装置において、前記送信手段は、当該送信手段において生成したパルス信号が他の送信手段が生成したパルス信号と混信することを回避し、また、前記パルス信号が何れの送信手段にて生成されたものかを特定可能に変換する手段を備え、前記受信手段は、受信した高周波信号が個々に対応する送信手段から送信されたものである場合のみこれを保持し、個々に対応する送信手段以外から送信された信号である場合はこれを破棄する手段を具備して構成した。
【0023】
請求項7記載の非接触給電装置によれば、当該非接触給電装置が複数台同時に使用されている場合においても、互いの無線信号が混信したり、何れの送信手段から送信された信号であるかを受信手段が特定できないといった問題の発生を確実に解消することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図1は本発明の非接触給電装置Aの使用状態を示す側面図であり、図1において、1は屋内などに敷設された商用電源2に給電コード3によって接続された1次側ユニットであり、4は前記1次側ユニット1に壁や窓ガラス等の介在物5を挟んで対向配置される2次側ユニットを示している。
【0025】
6は前記2次側ユニット4に接続コード7を介して接続される交流用若しくは直流用の負荷を示しており、本発明の非接触給電装置Aは、前記1次側ユニット1と2次側ユニット4を具備して概略構成されている。
【0026】
図2は前記1次側ユニット1および2次側ユニット4の構造を簡略化して示す側面図である。前記1次ユニット1は、そのケーシング8内に、商用電源2から給電コード3を通して供給された交流電圧を高周波の交番電流に変換して印加する給電回路9と、該給電回路9の出力側に接続された1次側巻線10、該1次側巻線10を継鉄部に巻回したC字形の1次側鉄心11、および、外部からの無線信号を受信して、その信号を基に、1次側ユニット1を制御する受信装置12と、該受信装置12の出力信号を受けて、商用電源1から給電回路9に対する電力の供給と停止を切り換えるスイッチ回路13を具備して構成されている。
【0027】
前記2次側ユニット4は、ケーシング14内に、前記1次側鉄心11と端面を対向させるC字形の2次側鉄心15と、該2次側鉄心15の継鉄部に巻回された2次側巻線16、該2次側鉄心16の出力側に接続された整流回路17aと、該整流回路17aの出力側に接続されたDC−DCコンバータ17b、前記2次側巻線16と整流回路17aの間において、前記2次側巻線16に並列に接続された共振用のコンデンサC1、および、前記DC−DCコンバータ17bの出力側に接続した負荷6、さらには、前記負荷6に並列接続された抵抗R1が具備されている。
【0028】
また、前記抵抗R1とDC−DCコンバータ17bのマイナス側出力端子間には、2次側ユニット4の出力電圧を検出する電圧検出回路18が具備されており、前記負荷6および電圧検出回路18とDC−DCコンバータ17bのマイナス出力端子との間には、2次側ユニット4の出力電流を検出する電流検出回路19が具備されている。
【0029】
さらに、前記電圧検出回路18と電流検出回路19には、これらによって検出した電圧値・電流値を基に生成した所定の信号を外部へ無線送信する送信装置20が具備されており、以上の構成要素から前記2次側ユニット4は概ね構成されている。なお、前記電圧検出回路18および電流検出回路19は、例えば、電流変成器21,22と、これに並列に接続される抵抗R2,R3によって構成されている。
【0030】
次に、前記受信装置12と送信装置20の構成について説明する。まず、送信装置20は、図3に示すように、前記電圧検出回路18と電流検出回路19から2次側ユニット4の電圧値および電流値を入力し、前記電圧値および電流値が予め設定された値を超えたとき、その旨を示すパルス信号を生成して出力する過電圧・過電流判定回路23と、該過電圧・過電流判定回路23の出力信号(パルス信号)を受けて、その信号(パルス信号)を高周波信号に変換した後、アンテナ100から外部へ無線送信する送信回路24によって構成されている。
【0031】
一方、受信装置12は、図4に示すように、前記送信装置20から無線送信された高周波信号をアンテナ101を介して受信する受信回路25と、該受信回路25が高周波信号を受信したときに出力する信号を受けて、図2に示すスイッチ回路13をオフさせる制御回路26を備えて構成されている。
【0032】
次に、図2に示す非接触給電装置Aの動作について説明する。まず、商用電源2から交流電圧が給電コード3を介して1次側ユニット1に供給されると、前記交流電圧は給電回路9にて高周波の交番電流に変換されて1次側巻線10に印加される。なお、このとき、スイッチ回路13は、受信装置12からの指令信号よりオン状態にあるものとする。
【0033】
1次側巻線10に交番電流が印加されると、前記1次側巻線10を継鉄部に巻回した1次側鉄心11に磁束が流れ、前記1次側鉄心11に発生した磁束は、C字形の上下端面から介在物5を通って、前記1次側鉄心11と対向配す置る2次側鉄心15の上下端面に鎖交して、前記2次側巻線15の継鉄部に巻回した2次側巻線16に交流電圧を誘起させる。
【0034】
このとき、2次側巻線16は、共振用のコンデンサC1とともに共振回路を形成しており、1次側の周波数と2次側の共振周波数が等しくなるように、2次側巻線16の巻数とコンデンサC1の容量が設定されているので、2次側巻線16に誘起される交流電圧は、前記共振回路の共振作用の生起によって2次側のインピーダンスが下がり、充分大きな値とすることができる。
【0035】
そして、2次側に誘起された交流電圧は、整流回路17aで整流されて、DC−DCコンバータ17bによって一定電圧とされた後、2次側ユニット4に接続した負荷6に供給される。このとき、負荷6に供給される電圧値は、電圧検出回路18の電流変成器21によって検出され、また、負荷6に供給される電流値は電流検出回路19によって検出されて、送信装置20に入力される。
【0036】
前記送信装置20に入力された電圧値・電流値は、図3に示す過電圧・過電流判定回路23によって予め設定された電圧値および電流値と比較され、検出した電圧値および電流値が過電圧・過電流に当るかどうかを判定する。そして、前記電圧値・電流値が過電圧・過電流である場合には、その旨を示す信号(パルス信号)が送信回路24に出力されて、該送信回路24において高周波信号に変換された後、アンテナ100から外部へ無線送信される。
【0037】
このように送信装置20から無線送信された高周波信号は、図4に示す受信装置12に具備したアンテナ101を介して受信回路25に受信され、この受信回路12から送信装置20が過電圧・過電流を示す高周波信号を送信した旨を示す信号が制御回路26に対して出力される。
【0038】
前記信号を入力した制御回路26は、図2に示すスイッチ回路13に“切”信号を送信し、1次側ユニット1の駆動を停止させる。この結果、1次側巻線10には交番電流が印加されなくなるので、2次側巻線16に電圧が誘起されることもなくなり、2次側ユニット4に接続した負荷6が過電圧や過電流によって動作不良を起こしたり、故障するといった問題を確実に解消することができる。
【0039】
つまり、2次側ユニットに接続される負荷6の大きさや、1次側ユニット1と2次側ユニット4の間隔、また、1次側ユニット1に接続する商用電源2の電圧変動によって2次側ユニット4に過電圧または過電流が発生した場合であっても、図2に示す非接触給電装置Aによれば、前記過電圧または過電流が発生したときは、即座に1次側ユニット1の駆動が停止されるので、2次側ユニット4に接続した負荷6が過電圧や過電流によって不具合を生じることを確実に防止することができる。
【0040】
次に、本発明の他の実施例を図5を用いて説明する。なお、図5に示す非接触給電装置Bにおいて、図2に示す非接触電源装置Aと同一部品は同一符号を付して説明は省略する。
【0041】
図5に示す非接触給電装置Bは、2次側ユニット4に備えた送信装置20aから無線送信された高周波信号を1次側ユニット1aの受信装置12aにより受信し、当該受信装置12aによって1次側ユニット1aのスイッチ回路13aを構成するトライアック(双方向サイリスタ)をオン/オフ制御するように構成されている。
【0042】
前記送信装置20aは、図6に示すように、電圧検出回路18と電流検出回路19を介して電流・電圧入力回路27で2次側ユニット4aの電圧値および電流値を検出した後、当該検出した電圧値および電流値に対応するパルス列をパルス列生成回路28にて生成する。
【0043】
図7に前記パルス列生成回路28にて生成されるパルス列の構成の一例を示す。図7に示すパルス列は、以下に示す4つの要素から構成されている。つまり、前記パルス列は、スタートビットとシリアルナンバー、データビット、および、エンドビットから構成されており、それぞれの役割は次に記す通りである。
【0044】
まず、スタートビットとエンドビットは、当該パルス列からなるパルス信号が本発明の非接触電源装置Bに係る信号であることを示すためのものである。次にシリアルナンバーは、当該パルス列からなるパルス信号が何れの送信装置20aから送信されたものであるかを特定するために設けたもので、図7に示すように、3つのパルスから前記シリアルナンバーを構成した場合は、8機の送信機の識別が可能となる。
【0045】
データビットは、電圧検出回路18および電流検出回路19で検出された2次側ユニット4の出力電圧値および出力電流値をあらわすものであり、左端にあるパルスを2進数の最小桁とし、より右側にあるパルスを上位桁として、前記左端のパルスがHレベルであり、その他のパルスがLレベルであるとき、前記電圧値または電流値が0.1[V],[A]であると予め設定しておけば、前記電圧検出回路18および電流検出回路19で検出した電圧値および電流値は、それぞれ、データビットを構成する9つのパルスによって0.1〜511[V]、0.1〜511[A]の範囲内で、それぞれ0.1[V],0.1[A]毎の間隔であらわすことが可能となる。
【0046】
なお、前記データビットの左端パルスが示す電圧値または電流値の最小値設定は、前述した0.1[V],[A]に限らず、送信装置20aと後述する受信装置12aとの間で、予め、前記左端パルスが示す値の認識を統一しておけば如何なる値に設定してもよい。
【0047】
さらに、前記パルス列を構成するスタートビット,エンドビット,シリアルナンバー,データビットは、必ずしも図7に示すパルス数で構成する必要はなく、利用する送信装置の数や検出する電圧値および電流値に応じて任意に変更すればよい。
【0048】
そして、前記パルス列生成回路28で生成された前記パルス列は、前記送信装置20aの送信回路24によって高周波変調した後、アンテナ100を介して外部へ無線送信される。
【0049】
一方、前記受信装置12aは、図8に示すように、前記送信装置20aの送信回路24からアンテナ100(図6参照)を介して無線送信された高周波信号をアンテナ101にて受信する受信回路25と、該受信回路25にて受信した高周波信号を、送信装置20aのパルス列生成回路28で生成したパルス列に復調させる信号復調回路29、および、前記信号復調回路29にて復調された信号(パルス列)から2次側ユニット4の出力電圧値および出力電流値を把握して、前記電圧値および電流値に応じた周期で図5に示すスイッチ回路13aをオン/オフ制御する制御回路30から構成されている。
【0050】
次に、図5に示す非接触給電装置Bの動作について説明する。図5に示す非接触給電装置Bにおいて、受信装置12aから予め設定されたタイミング(以下、基準タイミングという)でゲートパルスの入力を受けて、スイッチング回路13aがオン/オフ動作すると、商用電源2から1次側ユニット1aの給電回路9に所定の交流電圧が入力される。前記給電回路9に入力された交流電圧は、前記給電回路9によって高周波の交番電流に変換された後、1次側巻線10に印加される。
【0051】
これにより、前記1次側巻線10を継鉄部に巻回した1次側鉄心11には磁束が流れ、前記磁束は、1次側鉄心11の一対の端面から介在物5を介して2次側鉄心15に鎖交する。
【0052】
2次側鉄心15に磁束が鎖交すると、2次側鉄心15の継鉄部に巻回された2次側巻線16には、前記2次側鉄心15とともに共振回路を形成するコンデンサC1による共振作用によって、最適化された交流電圧が誘起されて整流回路17aに入力される。
【0053】
前記整流回路17aに入力された交流電圧は、該整流回路17aによって直流に変換されてDC−DCコンバータ17bで一定の電圧に変換された後、前記負荷6が直流負荷であれば、これにより負荷6を良好に駆動する。
【0054】
また、この際、2次側ユニット4aの出力電圧は電圧検出回路18によって検出され、また、出力電流は電流検出回路19によって検出されて送信装置20aに入力される。つまり、前記電圧検出回路18と電流検出回路19にて検出された電圧値および電流値は、図6に示す送信装置20aの電圧・電流入力回路27に入力される。
【0055】
前記電圧・電流入力回路27に入力された電圧値および電流値は、パルス列生成回路28でその電圧値および電流値に応じたパルス列(パルス信号)を個別に生成する。ここで生成されるパルス列の一例を図9に示す。前記パルス列生成回路28で生成されるパルス列が図9に示すものである場合、当該パルス列は、スタートビットが“H,H,H,L”であり、エンドビットが“L”であることにより、当該パルス列(パルス信号)が図5に示す非接触給電装置Bによるものであることを示す。
【0056】
また、利用者が予め送信装置毎に具備した図示しない設定スイッチを操作することによって各送信装置が互いが重複しないように割り振った送信装置番号にしたがって、パルス列のシリアルナンバーが決定される。すなわち、図6に示す送信装置20aの番号が2番である場合、そのシリアルナンバーは図9に示すように“L,H,L”となる。
【0057】
また、データビットは、前述したように、これを構成するパルスのレベルの組合せにより電圧または電流の値をあらわすことができ、図9に示すパルス列が電圧値を対象としたものである場合、図9に示すように、パルスレベルが“L,L,H,L,L,H,H,L,L”であれば、前記電圧検出回路18で検出された電圧値は10[V]であることがわかる。なお、図9に示すパルス列が電流値を対象としていれば、前記電流検出回路19にて検出した電流値が10[A]ということになる。
【0058】
以上のようにしてパルス列生成回路28にて図9に示す信号(パルス列)が生成されると、図6に示す送信回路24は、このパルス列(パルス信号)を高周波変調した後、アンテナ100から外部へ無線送信する。
【0059】
前記アンテナ100から無線送信された高周波信号は、図8に示す受信装置12aのアンテナ101を介して受信回路25に入力される。前記受信回路25に入力された高周波信号は、信号復調回路29によって高周波信号から送信装置20aのパルス列生成回路28によって生成したパルス列(パルス信号)に復調される。
【0060】
その後、制御回路30によって、復調したパルス列のスタートビットおよびエンドビットが確認され、スタートビットが“H,H,H,L”であり、エンドビットが“L”でない場合は、当該パルス列(パルス信号)が図5に示す非接触給電装置Bによる信号ではないと判断されて、この信号は破棄される。
【0061】
一方、前記スタートビットおよびエンドビットがそれぞれ“H,H,H,L”と“L”である場合は、当該パルス列(パルス信号)が本発明の非接触給電装置Bによるものであると判断され、次に、シリアルナンバーの確認が行われる。
【0062】
本実施例においては、前記シリアルナンバーのパルスレベルは、“L,H,L”であるので、当該パルス列(パルス信号)は送信装置番号が2番の送信装置20aから送信されたものであると確認される。つづいて、データビットを確認することによって、前記電圧値検出回路18または電流値検出回路19で検出した電圧値または電流値が如何なる値であるかが特定される。
【0063】
これは、前述した通り、データビットのパルスレベルが“L,L,H,L,L,H,H,L,L”であることから、検出した電圧値または電流値が10[A]であることが1次側ユニット4aによって特定することがされる。これにより、制御回路30は、2次側ユニット4aの出力電圧や出力電流が過電圧・過電流状態にあるか、または、電圧・電流不足の状態にあるかを把握することができるため、上記のような問題がある場合は、この問題が解消される方向に図5に示すスイッチ回路13aのオンタイミングを適宜調節する。
【0064】
具体的には、2次側ユニット4aの出力電圧および出力電流が、過電圧または過電流状態である場合は、スイッチ回路13aを構成する双方向サイリスタ(トライアック)のゲートパルスの入力タイミングを前記基準タイミングより遅らせることで、1次側ユニット1aから2次側ユニット4aに供給される電力を減少させて、2次側ユニット4aの過電圧・過電流状態を解消し、また、2次側ユニット4aの出力電圧および出力電流に不足が生じている場合は、前記トライアックのゲートパルスの入力タイミングを前記基準タイミングより早めることで1次側ユニット1aから2次側ユニット4aへ供給される電力を増加させて、2次側ユニット4aの出力電圧・出力電流の不足を解消するのである。
【0065】
すなわち、図5に示す非接触給電装置Bは、2次側ユニット4aの出力電圧および出力電流を常に監視し、過電圧や過電流もしくは電圧・電流不足が生じた場合は、この情報を即座に1次側ユニット1aに送信して、1次側ユニット1aによって前記過電圧・過電流または電圧・電流不足が解消されるようにスイッチ回路13aを制御するように構成されている。
【0066】
この結果、2次側ユニット4aの出力は、常時、適正な電圧値および電流値となり、2次側ユニット4aに接続される負荷6を常に良好に動作させることが可能となる。
【0067】
図10は、図6に示す送信装置20aを構成するパルス列生成回路28と送信回路24との間に複数の送信装置から無線送信される信号が混信しないように回避する混信回避回路31を具備して構成した送信装置20bを示している。また、この送信装置20bによる無線信号を受信する受信装置としては、図8に示す受信装置12aが利用される。
【0068】
図10に示す送信装置20bにおいては、パルス列生成回路28で生成されたパルス列(図8,9参照)の発信周期を前記混信回避回路31によって各々の送信装置20b毎に相違させることにより、各送信装置から発信される前記パルス列を基にした高周波信号が混信して、各送信装置に対応する受信装置で、対応する送信装置から送信された高周波信号を識別できなくなるといった問題の発生を確実に防止することができる。
【0069】
つまり、受信装置12a(図8参照)においては、アンテナ101を介して送信装置20b(図10参照)から無線送信された高周波信号を、他の送信装置から送信された高周波信号と混信させることなく正確に受信回路25によって受信することができるのである。前記受信装置12aにおけるその後の動作は前述した非接触給電装置Bの場合と同様であるので説明は割愛する。
【0070】
つづいて、本発明のさらに他の実施例について図11を利用して説明する。図11に示す非接触給電装置Cは、1次側ユニット1cに、図12に示す構成の送信装置12cを具備して構成されている。
【0071】
前記送信装置12cは、図12に示すように、ボリュームスイッチ等からなる可変抵抗32(図11参照)に接続された電圧値入力回路33と、該電圧値入力回路33に入力された電圧値に応じて所定のパルス列を生成するパルス列生成回路34と、該パルス列生成回路34で生成されたパルス列を高周波変調した後、アンテナ100を介して外部へ無線送信する送信回路35から構成されている。
【0072】
一方、図11に示す受信ユニット4cは、コンデンサC2〜C4の一方の端子にコレクタを接続したトランジスタTr1〜Tr3のエミッタと前記コンデンサC2〜C4の他端を、前記共振用のコンデンサC1の両端子に接続させて並列接続し、また、前記トランジスタTr1〜Tr3のベースは、それぞれ受信装置20cに接続されている。
【0073】
前記受信装置20cは、図13に示すように、送信装置12cから無線送信された高周波信号をアンテナ101を介して入力する受信回路36と、該受信回路36で受信した高周波信号を、送信装置12cのパルス列生成回路34で生成したパルス列に復調させる信号復調回路37、および、前記信号復調回路37にて復調させたパルス列の内容にしたがって前記トランジスタTr1〜Tr3のオン/オフを制御する制御回路38を備えて構成されている。
【0074】
次に、前記非接触給電装置Cの動作について説明する。前記非接触給電装置Cにおいても、前述した非接触給電装置A,B同様、商用電源2から給電回路9に入力された交流電圧は、当該給電回路9によって高周波の交番電流に変換されて1次側巻線10に印加される。これによって、前記1次側巻線10を巻回した1次側鉄心11に磁束が流れ、この磁束は、介在物5を介して2次側鉄心15に鎖交する。
【0075】
2次側鉄心15に磁束が流れると、前記2次側鉄心15に巻回した2次側巻線16に共振用のコンデンサC1により最適化された交流電圧が誘起され、整流回路17aに入力される。前記整流回路17aに入力された交流電圧は、当該整流回路17aによって整流され、つづいて、DC−DCコンバータ17bで一定電圧に変換された後、前記2次側ユニット4Cに接続した負荷6に供給されて、当該負荷6を駆動する。
【0076】
そして、前記非接触給電装置Cの使用にあたって、例えば、2次側ユニット4cに接続した負荷6の大きさや、1次側ユニット1cと2次側ユニット4c間の間隔、または、1次側ユニット1cが接続される商用電源2の電圧変動などにより、2次側ユニット4cの出力電圧や出力電流に異常が生じた場合、当該非接触給電装置Cの利用者は、1次側ユニット1cに設置したボリュームスイッチ等からなる可変抵抗32を操作する。
【0077】
これにより、図12に示す送信装置12cの電圧値入力回路33には定電圧電源から可変抵抗32を介して所定の電圧値が入力される。そして、電圧値入力回路33に入力された電圧は、パルス列生成回路34にて当該電圧値に応じたパルス列が生成される。
【0078】
具体的には、図7に示すパルス列と同構成のパルス列を生成するように設定すればよい。つまり、図12に示すパルス列生成回路34において生成されるパルス列は、当該パルス列からなるパルス信号が非接触給電装置Cによる信号であることを示すスタートビットおよびエンドビットと、前記パルス信号が送信装置12cから無線送信されるものであることを示すシリアルナンバーと、ボリュームスイッチ等によって設定された電圧値を示すデータビットから構成すればよい。
【0079】
前記パルス列生成回路34にて生成されたパルス列は送信回路35で高周波信号に変換された後、アンテナ100から外部へ無線送信される。そして、図13に示す受信装置20cの受信回路36にアンテナ101を介して受信されと、信号復調回路37によって高周波信号から図12のパルス列生成回路34で生成したパルス列に復調される。
【0080】
その後、制御回路38で前記信号復調回路37にて復調させたパルス列のスタートビットとエンドビットの確認が行われ、当該パルス列が本非接触給電装置Cによる信号であるか否かが判定され、前記パルス列が本非接触給電装置Cによる信号でないと判定された場合は、当該パルス列は破棄される。
【0081】
また、前記判定の結果、当該パルス列が本非接触給電装置Cによるものであると判定された場合は、つづいて、前記パルス列のシリアルナンバーから当該パルス列が送信装置12cから無線送信されたものであるか否か、つまり、受信装置20cに対応する送信装置12cから送信された信号であるか否かの判定が行われる。
【0082】
そして、前記パルス列が送信装置12cから送信されたものでないと判定された場合、前記制御回路38はこの信号(パルス列)を破棄し、また、前記パルス列が送信装置12cから送信されたものであると判定された場合は、次に、前記パルス列のデータビットから可変抵抗(ボリュームスイッチ等)32の操作によって入力された電圧値の確認が行われる。
【0083】
このとき、前記制御回路38には、パルス列のデータビットによって示される電圧値に応じて、複数個備えたトランジスタTr1〜Tr3のうち、いくつのトランジスタをオンさせるかが予め設定されており、この数の設定は、1次側ユニット1cと2次側ユニット4c間に挟まれる介在物5が薄い程多数のトランジスタがオンするように、可変抵抗32の可変方向と可変の程度、および、これによってオンするトランジスタの数が設定されている。
【0084】
すなわち、本非接触給電装置Cの利用者は、1次側ユニット1cと2次側ユニット4c間の介在物5が過度に薄く、2次側ユニット4cの出力電圧および出力電流がそれぞれ過電圧や過電流となる危険がある場合は、1次側ユニット1cに具備した可変抵抗32を操作することにより、2次側ユニット4cのトランジスタTr1〜Tr3を任意数個(本実施例では1〜3個)オンさせることにより、1次側の周波数から2次側の周波数を逸脱させて、2次側ユニット4cの出力電圧および出力電流を低減するのである。
【0085】
また、前記2次側周波数を1次側周波数から逸脱させる程度は、オンさせるトランジスタの数が多いほど大きくなり、利用者は、介在物5の厚みに応じて2次側ユニット4cの出力電圧および出力電流を可変抵抗32の可変の度合いによって任意に調節することが可能となる。
【0086】
その結果、前記非接触給電装置Cは、その仕様を変化させることなく、種々の状況に応じて可変抵抗32を操作することにより、その出力を確実に一定となるように調節することができ、利用の範囲を拡大することができ、非常に便利である。
【0087】
図14は、図12に示す送信装置20cを構成するパルス列生成回路34と送信回路35の間に、パルス列生成回路34にて生成したパルス列の発信周期を他の送信装置と相違させる混信回避回路39を具備して構成した送信装置12dを示している。
【0088】
前記送信装置20dによれば、当該送信装置20dから送信される高周波変調したパルス信号は、他の送信装置から送信された高周波信号と混信することなく、図13に示す受信装置12cによって確実に識別・認識される。そのため、当該送信装置20dにかかる非接触給電装置(図示せず)が近傍において複数同時に使用される状況においても、問題のある非接触給電装置を誤認することなく、確実に過電圧・過電流、および、電圧・電流不足を解消することができる。
【0089】
以上説明したように、本発明の非接触給電装置A〜Cにおいては、2次側ユニット4,4a,4cの出力電圧および出力電流の制御が可能であるので、2次側ユニット4,4a,4cに接続される負荷6の大きさや、1次側ユニット1,1a,1cと2次側ユニット4,4a,4c間の間隔、前記1次側ユニット1,1a,1cに接続する商用電源2の電圧変動などによっても、前記2次側ユニット4,4a,4cの出力電圧および出力電流が常に最適となるように制御することが可能となり、非常に有効である。
【0090】
【発明の効果】
請求項1記載の非接触給電装置は、2次側ユニットの情報を1次側ユニットにフィードバックして1次側ユニットを制御することができるので、2次側ユニットの電圧および電流が好ましくない状況にある場合は、1次側ユニットによってこの問題を解消するか、もしくは、即座に1次側ユニットの動作を停止して、前記電圧・電流異常によって2次側ユニットに接続される負荷に不具合が生じたり、前記負荷が故障することを確実に防止することができ、便利である。
【0091】
請求項2記載の非接触給電装置は、2次側ユニットの出力電圧または出力電流が過電圧・過電流となった場合、2次側ユニットの送信装置から1次側ユニットの受信装置に向けて、前記過電圧・過電流を示す旨の信号が無線送信されるので、前記出力電圧・出力電流が正常値である限りは、送信装置から受信装置へ無駄に信号が送信されることはなく、また、前記出力電圧・出力電流が過電圧・過電流となった場合は、1次側ユニットにその旨を示す信号が送信されるので、前記1次側ユニットはその駆動を即時停止して、前記2次側ユニットに接続される負荷を確実に保護することができ、利便である。
【0092】
請求項3記載の非接触給電装置は、2次側ユニットの送信装置から1次側ユニットの受信装置に向けて、2次側ユニットの出力電圧および出力電流の値を所定のパルス列としてあらわし、これを高周波信号に変換して無線送信するように構成したので、この信号を受信した受信装置は、高周波信号からパルス列に復調させることにより、2次側ユニットの出力電圧および出力電流の値を常時監視することができ、2次側ユニットの出力電圧および出力電流が正常値となるように1次側ユニットを常に制御することが可能となり、便利である。
【0093】
請求項4記載の非接触給電装置は、2次側の周波数を1次側の周波数から逸脱させる手段を1次側ユニットに具備して構成したので、2次側ユニットの出力電圧または出力電流が過大となる恐れがある場合は、1次側ユニットを手動で操作して、確実に2次側ユニットの出力を任意に調節することができ、非常に有効である。
【0094】
請求項5記載の非接触給電装置は、1次側ユニットに備えたスイッチ手段を操作して、2次側ユニットに備えたスイッチング素子のオン/オフ制御をすることにより、簡単・確実に2次側の周波数を共振周波数から逸脱させることができる。また、その逸脱させる程度はスイッチ手段の操作の度合いによって任意に調節することができるので、2次側ユニットの出力電圧および出力電流の微妙な調節も可能となり、利便である。
【0095】
請求項6記載の非接触給電装置は、スイッチ手段を可変抵抗を利用して構成することにより、その構成を簡易に、かつ安価に実現することができる。
【0096】
請求項7記載の非接触給電装置は、送信装置から送信される無線信号が複数の送信装置から発せられる信号同士で混信することのないように、その発信周期を互いに相違させて発信するように構成したので、受信装置は確実に送信された信号が示す内容を認識することができ、正確かつ良好に1次側ユニットまたは2次側ユニットの制御が可能となり、有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の非接触給電装置の使用状態を示す側面図である。
【図2】第1実施例にかかる非接触給電装置の構成図である。
【図3】第1実施例にかかる非接触給電装置の送信装置の構成図である。
【図4】第1実施例にかかる非接触給電装置の受信装置の構成図である
【図5】第2実施例にかかる非接触給電装置の構成図である。
【図6】第2実施例にかかる非接触給電装置の送信装置の構成図である。
【図7】前記送信装置にて生成されるパルス列の構成を示す波形図である。
【図8】第2実施例にかかる非接触給電装置の受信装置の構成図である。
【図9】送信されるパルス列の一例である。
【図10】第3実施例ににかかる非接触給電装置の送信装置の構成図である。
【図11】第4実施例にかかる非接触給電装置の構成図である。
【図12】第4実施例にかかる非接触給電装置の送信装置の構成図である。
【図13】第4実施例にかかる非接触給電装置の受信装置の構成図である。
【図14】第5実施例にかかる非接触給電装置の送信装置の構成図である。
【符号の説明】
1,1a,1c 1次側ユニット
4,4a,4c 2次側ユニット
6 負荷
12,12a,12c 受信装置
13,13a スイッチ回路
18 電圧検出回路
19 電流検出回路
20,20a,20c,20d 送信装置
21,22 電流変成器
23 過電圧・過電流判定回路
24,35 送信回路
25,36 受信回路
26,30,38 制御回路
27 電圧入力回路
28,34 パルス列生成回路
29,37 信号復調回路
31,39 混信回避回路
32 可変抵抗
33 電圧値入力回路

Claims (7)

  1. 結合トランスの1次側と2次側を個別に収容して、相互に分離可能に構成してなる1次側ユニットと2次側ユニットを具備し、前記1次側ユニットから2次側ユニットへ電磁誘導作用を利用して非接触で電力を供給する電源装置において、前記2次側ユニットは、前記結合トランスの2次側における電圧および電流に関する信号を外部へ無線送信する送信手段を備え、前記1次側ユニットは、無線送信された前記信号を受信して、この信号を基に1次側ユニットの駆動を制御する受信手段を具備して構成したことを特徴とする非接触給電装置。
  2. 前記送信手段は、電圧または電流の検出手段と、該検出手段で検出した電圧・電流値が予め設定した値以上である場合に限り、その旨を示すパルス信号を生成する手段と、この生成したパルス信号を高周波信号に変換して外部へ無線送信する手段を具備し、前記受信手段は、前記送信手段から送信された高周波信号を受信する手段と、当該高周波信号を受信した場合のみ1次側ユニットの駆動を停止する手段を具備して構成したことを特徴とする請求項1記載の非接触給電装置。
  3. 前記送信手段は、電圧または電流の検出手段と、該検出信号で検出した電圧・電流値に応じたパルス列からなるパルス信号を生成する手段と、該パルス信号を高周波信号に変換した後、外部へ無線送信する手段を備え、前記受信手段は、前記送信手段から送信された高周波信号を受信する手段と、受信した高周波信号を送信手段にて生成されたパルス信号に復調させる手段、および、前記復調させたパルス信号に応じて1次側ユニットの駆動/停止を制御する手段を具備して構成したことを特徴とする請求項1記載の非接触給電装置。
  4. 結合トランスの1次側と2次側を個別に収容して、相互に分離可能に構成してなる1次側ユニットと2次側ユニットを具備し、前記1次側ユニットから2次側ユニットへ電磁誘導作用を利用して非接触で電力を供給する電源装置において、前記1次側ユニットは、前記結合トランスの2次側の周波数を共振周波数から逸脱させるための信号を外部へ無線送信する送信手段を具備し、前記2次側ユニットは、無線送信された前記信号を受信し、該信号に応じて前記結合トランスの2次側周波数を調節する受信手段を具備して構成したことを特徴とする非接触給電装置。
  5. 前記送信手段は、前記結合トランスの2次側周波数を調節可能なスイッチ手段と、該スイッチ手段にて設定された内容をパルス列としたパルス信号を生成する手段と、生成した前記パルス信号を高周波信号に変換した後、外部へ無線送信する手段を具備し、前記受信手段は、前記送信手段から送信された高周波信号を受信する手段と、受信した高周波信号を送信手段にて生成されたパルス信号に復調させる手段と、復調させたパルス信号の内容に応じてスイッチング素子のオン/オフを制御することにより、前記結合トランスの2次側の周波数を調節する手段を具備して構成したことを特徴とする請求項4記載の非接触給電装置。
  6. 前記スイッチ手段は、前記結合トランスの2次側周波数の共振周波数からの逸脱の程度を任意に設定する可変抵抗によって構成したことを特徴とする請求項5記載の非接触給電装置。
  7. 前記送信手段は、当該送信手段によって生成するパルス信号が他の送信手段が生成するパルス信号と混信することを回避し、また、前記パルス信号が何れの送信手段にて生成されたものかを特定可能に変換する手段を備え、前記受信手段は、受信した高周波信号が個々に対応する送信手段から送信されたものである場合のみこれを保持し、個々に対応する送信手段以外から送信された信号である場合はこれを破棄する手段を具備して構成したことを特徴とする請求項2,3,5,6記載の非接触給電装置。
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