JP2009240099A - 非接触給電装置、給電器、及び受電器 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷の状態に拘らず電力の伝送効率を安定化させると共に、そのために必要なアナログ信号を受電器から給電器へより精度良く安定して伝送することが可能な非接触給電装置、給電器、及び受電器を提供する。
【解決手段】受電器と、非接触の電磁誘導作用により電源電力を供給する給電器とを備える非接触給電装置であって、受電器は、電源電力の供給を受ける受電手段と、供給された電源電力を負荷に供給する負荷給電手段と、負荷への出力電圧と基準電圧とを比較し、その差電圧に相当する差電圧信号を出力する電圧比較手段と、差電圧信号を赤外線通信により給電装置に対して送信する差電圧信号送信手段とを備え、給電器は、電源電力を供給する給電手段と、受電器から赤外線通信により送信されてきた差電圧信号を受信する差電圧信号受信手段と、受信された差電圧信号に基づいて受電装置に対して供給する電源電力量を制御する電力量制御手段とを備える。
【選択図】図１４

Description

本発明は、受電器と、当該受電器に対して非接触により電源電力を供給する給電器と、を備える非接触給電装置の技術分野に属し、特に、前記受電器に対して供給する電源電力量を制御する技術に関する。

従来から、一方から他方へ電磁誘導結合を利用して電力を供給する装置が知られており、 例えば、特許文献１には、商用電源から電源供給を受ける第１コイルを有する本体と、第１コイルと電磁誘導結合する第２コイルを有する端末（受電器を有する）とから成り、第１、第２コイルを介して、上記本体から端末へ非接触で電力供給を行う電力伝達装置において、所定以上の温度を検出した場合、上記端末への電力供給を自動的に停止する発明が開示されている。
特開２００１−２５８１８２号公報

しかしながら、このように非接触により電源電力を供給する場合、負荷が軽い（低負荷）と、第２コイルを有する受電器側における回路素子において余剰電力分が発熱し、当該回路素子に対してダメージを与える等の問題点があった。このため、非接触により電源電力を供給する給電器に対して、当該電力を受ける受電器から、負荷の状態を示す信号を伝送することにより、給電電力を制御することが望まれる。この場合、かかる信号も非接触で行うことが効率的であるが、電源系の給電電力が大体１０Ｗ以上になると、漏洩電力が信号を伝送するための信号系に干渉し始める。デジタル系はこの干渉に比較的耐え得るが、アナログ系は不安定になり、更に給電器と受電器との距離が長くなると、信号の伝送に支障が生じる。ところが、デジタル系による信号伝送よりもアナログ系による信号伝送の方が高速で、回路部品点数も削減でき、小型化、コスト削減等の有利な点がある。

そこで、本発明は、上記点等に鑑みて為されたもので、負荷の状態に拘らず、電力の伝送効率を安定化させることができると共に、そのために必要なアナログ信号を受電器から給電器へより精度良く安定して伝送することか可能な非接触給電装置、給電器、及び受電器を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、受電器と、当該受電器に対して非接触の電磁誘導作用により電源電力を供給する給電器と、を備える非接触給電装置であって、前記受電器は、前記給電器からの電源電力の供給を受ける受電手段と、前記供給された電源電力を負荷に対して供給する負荷給電手段と、前記負荷への出力電圧と、予め設定された基準電圧とを比較し、その差電圧に相当する差電圧信号を出力する電圧比較手段と、前記出力された差電圧信号を赤外線通信により前記給電装置に対して送信する差電圧信号送信手段と、を備え、前記給電器は、前記受電器に対して電源電力を供給する給電手段と、前記受電器から赤外線通信により送信されてきた差電圧信号を受信する差電圧信号受信手段と、前記受信された差電圧信号に基づいて前記受電装置に対して供給する電源電力量を制御する電力量制御手段と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、負荷の状態に拘らず、電力の伝送効率を安定化させることができると共に、そのために必要なアナログ信号として上記差電圧信号を赤外線通信により受電器から給電器へ送信（伝送）するように構成したので、当該信号をより精度良く安定して伝送することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の非接触給電装置において、前記電力量制御手段は、前記電源電力を供給するための伝送パルス信号のデューティを制御することにより電源電力量を制御することを特徴とする。

この発明によれば、伝送パルス信号のデューティの制御により、より効率良く電力供給量を制御することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の非接触給電装置において、前記受電器は、少なくとも前記受電手段及び前記差電圧信号送信手段が収納された非導電材製の受電器用ケーシングを有し、前記給電器は、少なくとも前記給電手段及び前記差電圧信号受信手段が収納された非導電材製の給電器用ケーシングを有し、前記受電手段と前記給電手段とが同軸上で対向し、且つ、前記差電圧信号送信手段と前記差電圧信号受信手段とが同軸上で対向し当該差電圧信号送信手段と当該差電圧信号受信手段との間の距離が固定されるように前記受電器用ケーシングと前記給電器用ケーシングとを係脱自在に連結する連結手段を備えることを特徴とする。

この発明によれば、赤外線の光量が安定（乱れない）し、安定した赤外線通信が可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一項に記載の非接触給電装置に含まれる受電器であって、前記受電手段、前記負荷給電手段、前記電圧比較手段、及び前記差電圧信号送信手段を備えることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一項に記載の非接触給電装置に含まれる給電器であって、前記給電手段、前記差電圧信号受信手段、及び前記電力量制御手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、負荷の状態に拘らず、電力の伝送効率を安定化させることができると共に、そのために必要なアナログ信号として上記差電圧信号を赤外線通信により受電器から給電器へ送信（伝送）するように構成したので、当該信号をより精度良く安定して伝送することができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

本発明の一実施形態に係る非接触給電装置１，２は、図１及び図２に示すように、歩行補助装置３に利用することが可能である。

先ず、歩行補助装置について簡単に説明する。この歩行補助装置は、利用者Ａの左右の脚における各膝関節部にあてがわれるリンク機構部３，４と、利用者Ａの所望の部位で検出する信号に応じてリンク機構部３，４を駆動する駆動部５，６と、充電池等の電源部７と、駆動部５，６等を制御する制御部８とを含んだ構成となっている。

なお、図１では右脚用のリンク機構部３および駆動部５のみ示しているが、左脚にも同様な構造のリンク機構部４および駆動部６が配置される。

電源部７と制御部８はそれぞれ別個のハウジングに収納され、利用者の腰に巻きつけたベルト９に、各ハウジングに取り付けられたフック等により吊り下げられる。制御部８のハウジング内には、図示しないがＣＰＵ、電源回路、給電回路、通信回路等が収納されている。

駆動部５，６は、そのハウジング内に収納される図示しないアクチュエータであるＤＣモータを有する。

リンク機構部３，４は、上記駆動部５，６の各ハウジングに固定されて各ハウジングから利用者の膝関節へと大腿に沿って伸びる固定リンク１３と、上記駆動部５，６の各ハウジング内に収納された上記ＤＣモータによって低速回転する図示しない短リンクと、短リンクにピン結合された連接棒１４と、上記固定リンク１３の上記膝関節に対応した箇所で一端がピン結合され、他端が上記連接棒１４の先端にピン結合され、利用者の下腿に沿って伸びる揺動リンク１５とを具備する。揺動リンク１５は、ベルト１６によって利用者Ａの下腿に固定される。

ＤＣモータが制御部８によって制御されつつ回転すると、短リンクを介して連接棒１４が往復移動し、揺動リンク１５が膝関節の箇所のピンを支点にして揺動する。これにより、利用者の下腿が膝関節を支点にして前後に回動することとなり、利用者の歩行が援助されることになる。

制御部８は、主として演算機能を有するＣＰＵ（Central Processing Unit）、作業用ＲＡＭ、各種データやプログラムを記憶するＲＯＭ等を備える。上記ＣＰＵが、上記各種信号を処理し、ＲＯＭに記憶された各種プログラムを実行することにより、各部を制御するとともに、歩行補助装置の全体を統括制御する。具体的には、制御部８は、図２に示すように、例えば、駆動部５，６のＤＣモータの回転方向や速度などＤＣモータを駆動制御するための駆動信号Ｓｈを給電器１ａに出力する。

次に、非接触給電装置１，２について説明する。

非接触給電装置１，２は、図１及び図２に示すように、歩行補助装置の駆動部５，６と制御部８との間に設けられる。また、非接触給電装置１，２は、利用者Ａの左右の脚に対応して左右一対設けられる。なお、左右の非接触給電装置１，２は、互いに同様な構造であるから、以下一方のもので代表して説明する。

非接触給電装置１は、図３及び図４に示すように、給電器１ａと受電器１ｂとの組み合わせからなり、分離と連結を自在に行うことができるようになっている。なお、受電器１ｂは、上記歩行補助装置における駆動部５のハウジングに図示しないビス等の固定手段によって固定されている。

給電器１ａは、図５、図６、図７及び図８に示すようなケーシングを有する。このケーシングは、板部１０と、板部１０の一端に配置される鍔部１７とを有し、樹脂等の非導電材で成形される。図３及び図４に示すように、板部１０は受電器１ｂのケーシングに形成された同じ形状の空洞１８内に合致可能であり、鍔部１７は受電器１ｂのケーシングの一端面に合致可能である。

図５、図６、図７及び図８に示すように、給電器１ａのケーシングには、凹陥部１９が形成され、この凹陥部１９内に給電ヘッド基板２０が収納され、この給電ヘッド基板２０に、受電器１ｂに対して非接触の電磁誘導作用により電源電力を供給する給電コイル２１を有する給電コア２２が取り付けられている。なお、給電コイル２１及び給電コア２２は、本発明における給電手段を構成する。

また、この給電ヘッド基板２０には、赤外線通信により信号を送受信する送信部２３ａ及び受信部２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが取り付けられている。

凹陥部１９はケーシングの板部１０の広い方形面に形成され、その底は方形面に平行な平坦面１９ａとして形成される。また、凹陥部１９の内周には給電ヘッド基板２０の輪郭に合致する壁が形成される。凹陥部１９と板部１０の上記方形面との境界には段差部１９ｂが形成される。この段差部１９ｂにカバー板２４が嵌め込まれ、接着剤等により接着される。カバー板２４はその表面がケーシングの板部１０の表面と同一面となるように板部１０に固定される。このカバー板２４によって、給電コイル２１、給電コア２２等が収納された凹陥部１９が密閉される。

このカバー板２４は、可視光を遮断して赤外線等所定の波長光のみを透過し、磁力を透過し、また、耐熱性を有する材料で形成される。

給電ヘッド基板２０は、その表面が凹陥部１９の開口側に向き裏面が凹陥部１９の底側に向くように凹陥部１９内に収納され、その裏面が凹陥部１９の底の平坦面１９ａに当てられる。これにより、給電ヘッド基板２０は簡易かつ正確にケーシング内に取り付けられる。

上記給電コイル２１と給電コア２２は、この給電ヘッド基板２０における上記凹陥部１９の開口側に向いた表面２０ａに取り付けられ、上記カバー板２４を介して受電器１ｂに対峙可能となる。

給電コイル２１は環状に巻かれ（例えば９Ｔ（ターン）で巻かれる）、この給電コイル２１がフェライトなどの磁性体からなる給電コア２２に装着される。

また、上記送信部２３ａ及び受信部２３ｂ，２３ｃ，２３ｄは、上記絶縁体である給電ヘッド基板２０の裏面２０ｂに取り付けられると共に、上記凹陥部１９の底の平坦面１９ａに形成された凹部１９ｃ内に挿入される。このため、給電ヘッド基板２０は凹陥部１９の底に安定的に固定される。また、給電ヘッド基板２０には送信部２３ａ及び受信部２３ｂ，２３ｃ，２３ｄに対応して赤外線等を通すための貫通孔２０ｃが形成される。この送信部２３ａ及び受信部２３ｂ，２３ｃ，２３ｄは、例えば、ＩＲ（ＩＲ：Infrared）−フォトトランジスタ、ＩＲ−ＬＥＤであり、赤外線通信（赤外線の波長による通信）によって、後述する受電器１ｂ側の送受信部との間で各種信号を送受信可能となっている。

上記給電コイル２１の端子２５も給電コイル２１等と同様に給電ヘッド基板２０の表面２０ａに形成される。また、上記送信部２３ａ及び受信部２３ｂ，２３ｃ，２３ｄの各端子２６は、送信部２３ａ及び受信部２３ｂ，２３ｃ，２３ｄと同様に給電ヘッド基板２０の裏面２０ｂに取り付けられると共に、凹陥部１９の底の平坦面１９ａに形成された他の凹部１９ｄ内に挿入される。

このように、給電コイル２１等の電源系が給電ヘッド基板２０の表面２０ａに配置され、送受信部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄやそれらの端子２６等の信号系が給電ヘッド基板２０の裏面２０ｂに配置されると共に非導電材製ケーシングの凹部１９ｃ，１９ｄ内に挿入されることから、電力の漏洩による信号への影響（干渉）が低減する。

図５及び図６に示すように、上記各種の端子２５，２６からはリード線２５ａ，２６ａが引き出され、これらリード線２５ａ，２６ａが束ねられてケーブル２７内に引き込まれている。ケーブル２７はケーシングの鍔部１７から、図１に示すように、上記歩行補助装置の制御部８へと伸びている。

その他、図５及び図６において、符号２８は凹陥部１９内に生じる空隙を埋めるための樹脂製のブロックを示し、図５、図６及び図８において、符号２９は送受信部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄに対応する給電ヘッド基板２０の貫通孔２０ｃをカバー板２４へと導通させるための孔２９ａが形成されたブロックを示す。後者のブロック２９は前者のブロック２８と同様凹陥部１９内に生じる空隙を埋める役割も果たす。

図５、図６及び図７において、符号３０は端子２５，２６からケーブル２７の端に至る箇所に充填されるウレタン樹脂等からなるシール部材を示す。このシール部材３０は砂目のハッチングにより示す。このシール部材３０によって、ケーブル２７の接続部からのケーシング内への空気、水等の侵入が防止される。

次に、受電器１ｂは、図９、図１０、図１１、図１２及び図１３に示すようなケーシングを有する。このケーシングは、上記給電器１ａのケーシングの板部１０よりも厚くて広い大型の板として形成される。そして、給電器１ａのケーシングの板部１０が挿入される薄い直方体形の空洞１８が、このケーシングの一端面から他端面に向かって伸びる。空洞１８におけるケーシングの他端面側は閉じられる。空洞１８内の広い方形面はケーシングの外面の広い方形面と平行に延びる。このケーシングも樹脂等の非導電材で成形される。

図３及び図４に示すように、この受電器１ｂのケーシングに形成された空洞１８内に給電器１ａのケーシングの板部１０が挿入され、鍔部１７が受電器１ｂのケーシングの一端面に合致することによって、受電器１ｂと給電器１ａとが合体する。

図９、図１０、図１１、図１２及び図１３に示すように、受電器１ｂのケーシングの上記空洞１８内に平坦面が形成され、この平坦面に凹陥部３１が形成される。この凹陥部３１内に受電ヘッド基板３２が収納され、この受電ヘッド基板３２に、非接触の電磁誘導作用により給電器１ａからの電源電力の供給を受ける受電コイル３３を有した受電コア３４が取り付けられている。なお、受電コイル３３及び受電コア３４は、本発明における受電手段を構成する。

また、この受電ヘッド基板３２には、赤外線通信により信号を送受信する受信部３５ａ及び送信部３５ｂ，３５ｃ，３５ｄが取り付けられている。

凹陥部３１はケーシングの空洞１８内における広い方形の平坦面１８ａに形成され、その底は空洞１８内の平坦面１８ａに平行な平坦面３１ａとして形成される。また、凹陥部３１の内周には受電ヘッド基板３２の輪郭に合致する壁が形成される。凹陥部３１と上記平坦面１８ａとの境界には段差部３１ｂが形成される。この段差部３１ｂ内にはカバー板３６が嵌め込まれ、接着剤等により接着される。カバー板３６はその表面が上記平坦面１８ａと同一面となるようにケーシングに固定される。このカバー板３６によって、受電コイル３３、受電コア３４等が収納された凹陥部３１が密閉される。このカバー板３６は、可視光を遮断して赤外線等所定の波長光のみを透過し、また磁力を透過する材料で形成される。

受電ヘッド基板３２は、その表面３２ａが凹陥部３１の開口側に向き裏面３２ｂが凹陥部３１の底側に向くように凹陥部３１内に収納され、その裏面３２ｂが凹陥部３１の底の平坦面３１ａに当てられる。これにより、受電ヘッド基板３２はケーシング内の定位置に簡易かつ正確に取り付けられる。

上記受電コイル３３と受電コア３４は、この受電ヘッド基板３２における上記凹陥部３１の開口側に向いた表面３２ａに取り付けられ、上記カバー板３６を介して給電器１ａに対峙可能となる。

受電コイル３３は環状に巻かれ（例えば１４Ｔ（ターン）で巻かれる）、この受電コイル３３がフェライトなどの磁性体からなる受電コア３４に装着される。

また、上記受信部３５ａ及び送信部３５ｂ，３５ｃ，３５ｄは、上記絶縁体である受電ヘッド基板３２の裏面３２ｂに取り付けられると共に、上記凹陥部３１の底の平坦面３１ａに形成された凹部３１ｃ内に挿入される。このため、受電ヘッド基板３２は凹陥部３１の底に安定的に固定される。また、受電ヘッド基板３２には受信部３５ａ及び送信部３５ｂ，３５ｃ，３５ｄに対応して赤外線等を通すための貫通孔３２ｃが形成される。この受信部３５ａ及び送信部３５ｂ，３５ｃ，３５ｄは、例えば、ＩＲ−フォトトランジスタ、ＩＲ−ＬＥＤであり、赤外線通信によって、上記給電器１ａ側の送受信部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄとの間で各種信号を送受信可能となっている。

上記受電コイル３３の端子３７も受電コイル３３等と同様に受電ヘッド基板３２の表面に形成される。また、上記受信部３５ａ及び送信部３５ｂ，３５ｃ，３５ｄの各端子３８は、受信部３５ａ及び送信部３５ｂ，３５ｃ，３５ｄと同様に受電ヘッド基板３２の裏面３２ｂに取り付けられると共に、凹陥部３１の底の平坦面３１ａに形成された他の凹部３１ｄ内に挿入される。

このように、受電コイル３３等の電源系が受電ヘッド基板３２の表面３２ａに配置され、送受信部３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ等の信号系が受電ヘッド基板３２の裏面３２ｂに配置されると共に非導電材製ケーシングの凹部３１ｂ，３１ｃ内に挿入されることから、電力の漏洩による信号の送受信への影響（干渉）が低減する。

図９及び図１２に示すように、上記各種端子３７，３８からはリード線３７ａ，３８ａが引き出され、これらリード線３７ａ，３８ａが束ねられてケーブル３９内に引き込まれる。このケーブル３９はケーシングの凹陥部３１の底から上記歩行補助装置における駆動部５のハウジング内へと伸び、ケーブル３９内のリード線３７ａ，３８ａがハウジング内の各種回路の端子に接続される。

この受電器１ｂのケーシングに形成された空洞１８は、上記給電器１ａのケーシングに形成された板部１０とともに、両ケーシングを係脱自在に連結する連結手段を構成する。

図４に示すように、給電器１ａのケーシングの板部１０が受電器１ｂのケーシングの空洞１８内に挿入され、両者の連結が完了すると、給電コイル２１及び給電コア２２と受電コイル３３及び受電コア３４とが同軸上で対向することとなる。

その他、図９及び図１２中、符号４０は凹陥部３１内に生じる空隙を埋めるための樹脂製のブロックを示し、図９、図１０及び図１３中、符号４１は送受信部３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄに対応する受電ヘッド基板３２の貫通孔３２ｃをカバー板３６へと導通させるための孔４１ａが形成されたブロックを示す。後者のブロック４１は前者のブロック４０と同様凹陥部３１内に生じる空隙を埋める役割も果たす。図９、図１０及び図１２中、符号４２は端子３７，３８からケーブル３９の端に至る箇所に充填されるウレタン樹脂等からなるシール部材を示す。このシール部材４２は砂目のハッチングで示す。このシール部材４２によって、ケーブル３９の接続部からのケーシング内への空気、水等の侵入が防止される。

また、図９及び図１１中、符号４３はボールプランジャを示す。このボールプランジャ４３のボール４３ａがケーシングの空洞１８内に突出するようにケーシングに埋設される。ボール４３ａは図示しないスプリング等により空洞１８側へ付勢される。一方、図５に示すように、給電器１ａのケーシングにはボール４３ａに対応して穴４４が形成される。これにより、給電器１ａの板部１０が受電器１ｂの空洞１８内に入り切ると、ボール４３ａが穴４４に嵌り込み、給電器１ａが受電器１ｂから不意に抜け出ないように給電器１ａを受電器１ｂ内に拘束する。

次に、上記構成の非接触給電装置の作用について説明する。

図３に示すように、給電器１ａのケーシングの板部１０を受電器１ｂのケーシングの空洞１８に対峙させて、図４に示すように、板部１０を空洞１８内に挿入する。挿入し終わると、上述したように、受電器１ｂ側のボールプランジャ４３のボール４３ａが給電器１ａ側のケーシングの穴４４に嵌り込み、給電器１ａと受電器１ｂとの連結が完了する。これにより、受電コイル３３及び受電コア３４は給電コイル２１及び給電コア２２と互いに近接し、かつ同軸上で対向する。また、給電器１ａ及び受電器１ｂの双方の送受信部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄも互いに近接し、かつ同軸上で平行に対向する。これにより、双方の送受信部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ間で赤外線通信により各種信号が送受信可能となる。

このように、給電器１ａと受電器１ｂとが連結することにより、双方の送受信部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ間の距離（例えば、数ｍｍ（ミリメートル）程度）が固定（常に距離が一定）され、したがって赤外線の光量が安定（乱れない）するため、安定した赤外線通信が可能となる。

なお、この連結操作は利用者Ａの左右の歩行補助装置に対してそれぞれ行われる。

給電時には、制御部８を介して電源部７から給電器１ａ，２ａに電力が供給され、給電コイル２１に電圧が印加されることによって、給電コイル２１と受電コイル３３との間に電磁誘導回路が形成され、受電コイル３３が電磁誘導作用により誘電起電力を発生し、受電器１ｂ，２ｂが給電器１ａ，２ａから非接触で電力を受電する。各受電器１ｂ，２ｂで受電した電源電力（供給された電源電力）は、歩行補助装置の左右の駆動部５，６の各ＤＣモータ等（負荷Ｌの一例）にそれぞれ供給される。

また、給電器１ａと受電器１ｂとの送受信部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ間で赤外線通信により信号の遣り取りが行われる。この信号としては、例えば、負荷の状態を示す差電圧信号、モータ制御信号、及びセンサ検出信号等が挙げられる。

そして、受電器１ｂは、上記負荷への出力電圧と、予め設定された基準電圧とを比較し、その差電圧に相当する差電圧信号を赤外線通信により給電器１ａに対して送信し、給電器１ａは、受電器１ｂから赤外線通信により送信されてきた差電圧信号を受信し、受信された差電圧信号に基づいて受電器１ｂに対して供給する電源電力量を制御するようになっている。これにより、電力の伝送効率を安定化させることができ過剰な伝送ロスを防止することができる。例えば、低負荷時における余剰電力の伝送を防止することができ、より効率良くかかる余剰電力に起因して生じる発熱を抑えることができる。

次に、給電器１ａと受電器１ｂにおける回路構成例及びその動作について説明する。図１４に、給電器１ａと受電器１ｂにおける回路構成例を示す。なお、図１４においては、説明の便宜上、本発明と直接の関係の無い回路（抵抗、コンデンサ等からなる回路）については図示を省略している。

図１４に示すように、給電器１ａは、上述した給電コイル２１及び給電コア２２に加えて、スイッチング部２０１、パルス生成部２０２、電力量制御手段としての電力量制御部２０３、及び差電圧信号受信手段としてのＩＲ−フォトトランジスタ２０４等を備えている。一方、受電器１ｂは、受電コイル３３及び受電コア３４に加えて、負荷給電手段としてのブリッジ回路３０１、基準電圧生成部３０２、電圧比較手段としての電圧比較部３０３、及び差電圧信号送信手段としてのＩＲ−ＬＥＤ３０４等を備えている。

なお、ＩＲ−フォトトランジスタ２０４は、例えば、上述した受信部２３ｂに相当し、ＩＲ−ＬＥＤ３０４は、例えば、上述した送信部３５ｂに相当する。給電器１ａ及び受電器１ｂにおけるその他の送受信部については図示を省略している。

パルス生成部２０２は、ＩＣ（Integrated Circuit）等により構成されており、受電器１ｂに対して電源電力を供給するための伝送パルス信号Spを生成してスイッチング部１２に対して出力するようになっている。かかる伝送パルス信号Spのデューティ（つまり、当該伝送パルス信号Spがハイレベルの時のパルス幅（時間）の１サイクルに占める割合）は、電力量制御部２０３により、０％〜５０％の間になるように可変制御される。また、伝送パルス信号Spのデューティが大きくなればなるほど（０％から５０％に近づくほど）、供給（伝送）される電源電力量が大きくなる。このように、伝送パルス信号Spのデューティの制御により、より効率良く電力供給量を制御することができる。

なお、デューティが５０％を超えると電力伝送が不安定になるので、パルス生成部２０２において５０％を超えないようにリミッタがかかっている。

スイッチング部２０１は、例えばトランジスタ等から構成されており、パルス生成部２０２から出力された伝送パルス信号Spがハイレベルにあるとき、スイッチング部２０１がスイッチオン動作となり、伝送パルス信号Spがローレベルにあるとき、スイッチング部２０１がスイッチオフ動作となる。スイッチング部２０１の動作にしたがって、電源部７から供給された電源電力が給電器１ａから受電器１ｂに供給される（つまり、給電コイル２１に供給された電源電流の大きさに応じた誘導起電力が受電コイル３３に発生することで電源電力が受電器１ｂに供給される）。

こうして、受電器１ｂに供給された電源電力に係る電源電流は、ダイオードＤ２〜Ｄ５により構成されたブリッジ回路３０１により全波整流された後、負荷Ｌに供給されることになる。負荷Ｌが軽い（低負荷）場合には、受電器１ｂには余剰電力が多く供給されることになる。このような余剰電力は受電器１ｂにおける回路素子（例えば、電圧を一定に保つ３端子レギュレータ（ＲＥＧ））において熱に変換されてしまい、かかる回路素子における発熱は、当該回路素子に対してダメージを与える結果となる。

そこで、本実施形態においては、受電器１ｂは、負荷Ｌの状態（ここでは、負荷の大きさ）を検出し、かかる負荷Ｌの状態を示す情報を給電器１ａにフィードバックし、給電器１ａは、当該フィードバックされた情報に基づき、受電器１ｂへの電源電力量を適切に制御し、特に低負荷時における余剰電力の伝送を抑制（過剰な伝送ロスを防止）するようにしている。

このような受電器１ｂへの電源電力量の適切な制御について、以下に詳しく説明する。

上述した負荷Ｌの状態は、当該負荷Ｌへの出力電圧によって検出することができる。負荷Ｌが小さく（軽く）なると、当該負荷Ｌへの出力電圧が大きくなる一方、負荷Ｌが大きくなる（重く）なると、当該負荷Ｌへの出力電圧が小さくなる。

電圧比較部３０３は、例えば可変シャントレギュレータ（コンパレータ）等からなり、負荷Ｌへの出力電圧と、基準電圧生成部３０２で生成された基準電圧（安定した一定電圧）と、を入力し、当該出力電圧と当該基準電圧とを比較し、その差電圧に相当する差電圧信号Sｄ（アナログ信号）を出力する。

ＩＲ−ＬＥＤ３０４は、上記出力された差電圧信号Sｄを赤外線通信によりＩＲ−フォトトランジスタ２０４に対して送信する。つまり、ＩＲ−ＬＥＤ３０４は、差電圧信号Sｄを赤外光に変えて出力（赤外線発光）する。一方、ＩＲ−フォトトランジスタ２０４は、赤外線通信により送信されてきた差電圧信号Sｄを受信し、これを電力量制御部２０３に出力する。つまり、ＩＲ−フォトトランジスタ２０４は、ＩＲ−ＬＥＤ３０４からの赤外光を受け電気信号に変えて差電圧信号Sｄとして出力する。

そして、電力量制御部２０３は、ＩＣ（Integrated Circuit）等から構成されており、ＩＲ−フォトトランジスタ２０４からの差電圧信号Sｄに基づいて受電器１ｂに対して供給する電源電力量を制御する。例えば、電力量制御部２０３は、差電圧信号Sｄに示される差電圧が閾値より大きい場合には、供給する電源電力量を、当該差分（差電圧）に応じた（ほぼ比例した）量だけ減少させるように、パルス生成部２０２により生成される伝送パルス信号Spのデューティを制御するべく、制御信号Sc（例えば、差分（絶対値）に応じた（ほぼ比例した）量だけ伝送パルス信号Spのデューティを小さくする指令を示す信号）をパルス生成部２０２に出力する。逆に、例えば、差電圧信号Sｄに示される差電圧が閾値より小さい場合には、電力量制御部２０３は、供給する電源電力量を、上記差分（絶対値）に応じた（ほぼ比例した）量だけ増加させるように、パルス生成部２０２により生成される伝送パルス信号Spのデューティを制御するべく、制御信号Sc（例えば、差分（絶対値）に応じた（ほぼ比例した）量だけ伝送パルス信号Spのデューティを大きくする指令を示す信号）をパルス生成部２０２に出力する。これにより、パルス生成部２０２は、電力量制御部２０３からの制御信号Scにしたがって、伝送パルス信号Spのデューティを適宜変更して生成出力することになる。

図１５は、負荷抵抗と受電部出力電圧（受電器における出力電圧）、負荷抵抗と給電部デューティ（給電器における伝送パルス信号のデューティ）、及び負荷抵抗と伝送効率との関係（実験例）を示す図である。図１５から、負荷が変化しても、受電器における出力電圧及び伝送効率が安定していることが分かる。

以上説明したように上記実施形態によれば、給電器１ａと受電器１ｂの各々において基板２０，３２の表面２０ａ，３２ａと裏面２０ｂ，３２ｂとに電源系と信号系とが分離して配置され、給電器１ａと受電器１ｂの非導電材で出来た各ケーシングの底に凹部１９ｃ，３１ｃを形成してこの凹部１９ｃ，３１ｃ内に信号系の送受信部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄを挿入したので、電力伝送が例えば１０Ｗ以上の大電力となる場合においても電源系による信号系への干渉が防止される。したがって、受電器１ｂ側と給電器１ａ側との間での信号の送受信が正確に行われることとなる。

また、負荷の状態に拘らず、電力の伝送効率を安定化させることができると共に、そのために必要なアナログ信号として上記差電圧信号Sｄを赤外線通信により受電器１ｂから給電器１ａへ送信（伝送）するように構成したので、当該信号をより精度良く安定して伝送することができる。

すなわち、上述したように、給電器１ａと受電器１ｂとが連結することにより、ＩＲ−フォトトランジスタ２０４とＩＲ−ＬＥＤ３０４とが対向するように適切に位置決めされ、その間の距離が常に一定となるため、赤外線の光量が安定（乱れない）し、安定した赤外線通信が可能となる。しかも、検出された負荷Ｌへの出力電圧に相当する信号を伝送するのではなく、差電圧に相当する信号を伝送するので、簡単な構成で低消費電力により当該信号を伝送することができる。加えて、ＩＲ−ＬＥＤ３０４の輝度がリニアに変わる領域に上記差電圧の変化をマッチさせることができたので、より精度良く負荷状態の変化を給電器１ａに伝えることができる。更に、精度良く負荷状態の変化を給電器１ａに伝えることが可能となったので、余分な回路（例えば、出力電圧（アナログ信号）を当該電圧に応じた周波数のパルス列（デジタル信号）に変換して伝送するための回路やそのための電池等）が不要（回路部品点数の削減）となり、給電器１ａと受電器１ｂの小型化、コスト低減等を図ることができる。また、電波ではなく赤外線により信号を伝送することから他の回路への影響を少なくすることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、給電器のケーシングが雄型であり受電器のケーシングが雌型であるが、各ケーシングは互いに逆の形状をしていても構わない。その場合には、給電器に対して受電器が抜き差し可能になる。また、ケーシングに形成する凹部は穴、溝、切欠等所望の形状に形成することが可能である。また、この非接触型データ及び電力伝送装置を歩行補助装置に設けるものとして説明したが、歩行補助装置以外の他の装置に設けることも可能である。さらに、カバー板としてポリカーボネイト系の材料を使用したが、これに限らずその他の樹脂、ガラスを使用したものであってもよい。

本発明に係る非接触給電装置を備えた歩行補助装置が利用者に装着された状態を示す説明図である。 図１に示した歩行補助装置の構成を示すブロック図である。 本発明に係る非接触給電装置の給電器と受電器を分離状態で示す斜視図である。 図３に示す非接触給電装置の給電器と受電器を連結状態で示す斜視図である。 本発明に係る給電器を、カバー板を除去して示す底面図である。 図５中、VIII−VIII線矢視断面図である。 図５中、IX−IX線矢視断面図である。 図５中、Ｘ−Ｘ線矢視断面図である。 本発明に係る受電器を、カバー板及び覆い板を除去して示す平面図である。 図９中、XII−XII線矢視断面図である。 図９中、XIII−XIII線矢視断面図である。 図９中、XIV−XIV線矢視断面図である。 図９中、XV−XV線矢視断面図である。 給電器と受電器における回路構成例を示す図である。 負荷抵抗と受電部出力電圧、負荷抵抗と給電部デューティ、及び負荷抵抗と伝送効率との関係を示す図である。

符号の説明

１，２…非接触給電装置
１ａ，２ａ…給電器
１ｂ，２ｂ…受電器
３，４…リンク機構部
５，６…駆動部
８…制御部
１０…板部
１８…空洞
１９，３１…凹陥部
１９ａ，３１ａ…平坦面
１９ｃ，３１ｃ…凹部
１９ｄ，３１ｄ…凹部
２０…給電ヘッド基板
２０ａ，３２ａ…表面
２０ｂ，３２ｂ…裏面
２０ｃ，３２ｃ…貫通孔
２１…給電コイル
２２…給電コア
２３ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ…送信部
２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，３５ａ…受信部
２４，３６…カバー板
３２…受電ヘッド基板
３３…受電コイル
３４…受電コア
３８…端子
２０１…スイッチング部
２０２…パルス生成部
２０３…電力量制御部
２０４…ＩＲ−フォトトランジスタ
３０１…ブリッジ回路
３０２…基準電圧生成部
３０３…電圧比較部
３０４…ＩＲ−ＬＥＤ

Claims (5)

1. 受電器と、当該受電器に対して非接触の電磁誘導作用により電源電力を供給する給電器と、を備える非接触給電装置であって、
   前記受電器は、
   前記給電器からの電源電力の供給を受ける受電手段と、
   前記供給された電源電力を負荷に対して供給する負荷給電手段と、
   前記負荷への出力電圧と、予め設定された基準電圧とを比較し、その差電圧に相当する差電圧信号を出力する電圧比較手段と、
   前記出力された差電圧信号を赤外線通信により前記給電装置に対して送信する差電圧信号送信手段と、
   を備え、
   前記給電器は、
   前記受電器に対して電源電力を供給する給電手段と、
   前記受電器から赤外線通信により送信されてきた差電圧信号を受信する差電圧信号受信手段と、
   前記受信された差電圧信号に基づいて前記受電装置に対して供給する電源電力量を制御する電力量制御手段と、
   を備えることを特徴とする非接触給電装置。
2. 請求項１に記載の非接触給電装置において、
   前記電力量制御手段は、前記電源電力を供給するための伝送パルス信号のデューティを制御することにより電源電力量を制御することを特徴とする非接触給電装置。
3. 請求項１又は２に記載の非接触給電装置において、
   前記受電器は、少なくとも前記受電手段及び前記差電圧信号送信手段が収納された非導電材製の受電器用ケーシングを有し、
   前記給電器は、少なくとも前記給電手段及び前記差電圧信号受信手段が収納された非導電材製の給電器用ケーシングを有し、
   前記受電手段と前記給電手段とが同軸上で対向し、且つ、前記差電圧信号送信手段と前記差電圧信号受信手段とが同軸上で対向し当該差電圧信号送信手段と当該差電圧信号受信手段との間の距離が固定されるように前記受電器用ケーシングと前記給電器用ケーシングとを係脱自在に連結する連結手段を備えることを特徴とする非接触給電装置。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の非接触給電装置に含まれる受電器であって、
   前記受電手段、前記負荷給電手段、前記電圧比較手段、及び前記差電圧信号送信手段を備えることを特徴とする受電器。
5. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の非接触給電装置に含まれる給電器であって、
   前記給電手段、前記差電圧信号受信手段、及び前記電力量制御手段を備えることを特徴とする給電器。

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