JP2011249229A - 給電コンセント - Google Patents

Abstract

【課題】接触給電と非接触給電を用いて、接触給電の問題（アーク発生）を解決し、また非接触給電の問題（大型）を解決する給電コンセントを提供する。
【解決手段】ソケット１とプラグ２を備える給電コンセントであって、ソケット１は、２つの給電端子１１と、一次コイル１０を備え、プラグ２は、前記給電端子１１に接触する２つの受電端子２１と、前記一次コイル１０と電磁結合する二次コイル２０を備える。２つの給電端子と、２つの受電端子が接触することにより、前記ソケット１からプラグ２へ接触給電によって電力供給を行い、前記一次コイル１０と、二次コイル２０が電磁結合することにより、前記ソケット１からプラグ２へ非接触給電によって電力供給を行う。
【選択図】図１

Description

この発明は、給電コンセントに関し、特に一次コイルと二次コイルが電磁結合する非接触給電部と、給電端子と受電端子が接触する接触給電部を備える給電コンセントに関する。

住宅または店舗に、太陽光発電装置、風力発電装置または燃料電池のような発電装置を設置することが普及し、それに伴って住宅または店舗内を直流配電することが検討されている。直流配電の際、屋内配線と電気機器の接続または切り離しのために、給電コンセントが使用される。

直流配電の場合、給電コンセントにプラグを挿入する際またはプラグを抜き去る際、特に比較的高い電圧で大電力が要求される場合はアーク発生の可能性がある。このアーク発生を防止する技術が特許文献１及び２などにより公知である。特許文献１は、電源端子とコンセント端子をＭＯＳＦＥＴを介して接続し、プラグを挿入するときは、プラグとコンセント端子が接触した後、ＭＯＳＦＥＴの電源回路が接続され、ＭＯＳＦＥＴをオンにすることによって、ＭＯＳＦＥＴを介してプラグとコンセント端子を接続する。またプラグを抜くときは、ＭＯＳＦＥＴの電源回路が先にオフにされ、ＭＯＳＦＥＴをオフにした後、プラグとコンセント端子の接続が離れるようにする。これによりコンセント端子とプラグがメカニカルに接続した後、ＭＯＳＦＥＴが電子的に接続し、また、ＭＯＳＦＥＴが電子的に遮断状態にした後、コンセント端子とプラグをメカニカルに切離すので、アーク発生を防止できる。
また、特許文献２は、コンセントに、電源に接続される一対の接続端子を設け、一方の接続端子を他方より短くし、短い接続端子は電源に接続し、長い接続端子は抵抗を介して電源に接続する。プラグが挿入されるときは、先に長い接続端子がプラグに接触し、その後、短い接続端子がプラグに接続される。プラグが引き抜かれるときは、先に短い接続端子が離れ、その後長い接続端子が離れる。これにより、接続時は長い接続端子が先に接触して低電流を流し、引き抜かれるときは、短い接続端子が離れた後も長い接続端子により低電流を流すようにすることにより、引抜き時のアーク発生を防止するものである。
また、一次コイルと二次コイルの電磁結合によって非接触給電する技術も公知である（特許文献３）。

特許第３８１９３００号公報 特開２００４−１５８３３１号公報 特開平７−３１０８３号公報

上記のように接触給電及び非接触給電が公知であるが、接触式給電は、アーク発生が問題であり、その対策が必要である。また、非接触給電はアーク発生の問題はないが、一次コイル及び二次コイルが必要であり、大電力を給電するためにはコイルを大型化する必要がある。
このように、接触給電と非接触給電はそれぞれ問題があり、更なる改善が望まれている。
本発明の給電コンセントは、上記のような課題を解決するものであり、接触給電と非接触給電を用いて、接触給電の問題（アーク発生）を解決し、また非接触給電の問題（大型）を解決することができる給電コンセントを提供することを目的とする。

本発明の給電コンセントは、上記課題を解決するため、ソケットとプラグを備える給電コンセントであって、前記ソケットは、接触型の給電端子と、一次コイルとを備え、前記プラグは、前記給電端子に接触可能な受電端子と、前記一次コイルと電磁結合する二次コイルとを備え、前記ソケットとプラグは、接続時には、先に一次コイルと二次コイルが電磁結合し、その後、受電端子が給電端子と接触し、抜去時には、先に給電端子と前記受電端子が離れ、その後、前記前記一次コイルと二次コイルが電磁的に離れるように構成されることを特徴とする。

本発明によれば、給電端子と受電端子の接続による接触給電と、一次コイルと二次コイルの電磁結合による非接触給電との両方からの給電が可能になり、プラグの挿入時は、先に一次コイルと二次コイルが電磁結合して非接触給電が先に行われ、その後、受電端子が給電端子に接続されて、接触給電が行われる。また、プラグ抜去時は、先に受電端子が給電端子から離れ、その後、二次コイルが一次コイルから離れる。このように、プラグの挿入時は、非接触給電が先に行われ、その後、給電端子と受電端子が接続されて接触給電を行うので、給電端子と受電端子が接続される際のアーク発生を防止することができる。また、プラグの抜去時は、先に受電端子が給電端子から離れて接触給電が行われなくなり、その後非接触給電が行われなくなるので、受電端子が給電端子から離れる際のアーク発生を防止することができる。この場合、非接触給電は、長時間にわたり大電力を供給する必要がなく、一次コイル及び二次コイルは小型にすることができる。

本発明の給電コンセントの構成図を示す。 本発明の給電コンセントの回路図を示す。 本発明の第１実施形態による給電コンセントの構成図を示す。 本発明の第１実施形態の動作図を示す。 本発明の第１実施形態において、ソケットからプラグを抜去する場合の説明図を示す。 本発明の第２実施形態による給電コンセントの構成図を示す。 本発明の第３実施形態による給電コンセントの構成図を示す。 本発明の第４実施形態による給電コンセントの構成図を示す。 本発明の第５実施形態による給電コンセントの構成図を示す。

本発明の給電コンセントは、ソケットに接触型の給電端子と、一次コイルとを備え、プラグに前記給電端子に接触可能な受電端子と、前記一次コイルと電磁結合する二次コイルとを備える。そして、ソケットとプラグは、接続時には、先に一次コイルと二次コイルが電磁結合し、その後、受電端子が給電端子と接触する。また、抜去時は、先に給電端子と前記受電端子が離れ、その後、一次コイルと二次コイルが電磁的に離れるように構成される。

このように、プラグの挿入時は、非接触給電が先に行われ、その後接触給電を行うので、給電端子と受電端子が接続される際のアーク発生を防止することができる。また、プラグ抜去時は、先に接触給電が行われなくなり、その後非接触給電が行われなくなるので、給電端子と受電端子が離れる際のアーク発生を防止することができる。この場合、非接触給電は長時間にわたり大電力を供給する必要がなく、一次コイル及び二次コイルは小型でよい。そのために、二次コイルは、受電端子が給電端子と接触するより先に一次コイルと二次コイルが電磁結合するような長さに形成される。

また、本発明の給電コンセントは、給電端子の先端部と一次コイルの先端部は、同一面上に位置するよう配置され、二次コイルの先端部は受電端子の先端部より突出する長さに形成されるとよい。これにより、給電端子の先端部と一次コイルの先端部が壁面と同一面上に配置されるようになり、壁面に凹凸を形成しないようにソケットを取り付けることができる。また、二次コイルは、受電端子と給電端子が接続されるより先に、一次コイルと電磁結合する長さを、より長くすることができる。

また、本発明の給電コンセントは、前記二次コイルが一次コイルに近づく方向に突出させる弾性体を備えるとよい。これにより、プラグの挿入時は、より早く非接触給電が先に行われ、その後接触給電を行うので、給電端子と受電端子が接続される際のアーク発生を更に防止することができる。また、プラグ抜去時は、給電端子と受電端子がより早く離れ、接触給電が行われなくなり、その後、非接触給電が行われなくなるので、給電端子と受電端子が離れる際のアーク発生を更に防止することができる。また、一次コイルと二次コイルが電磁結合している場合に、弾性体によって二次コイルが一次コイルの方向に押し出されるので、一次コイルとの電磁結合を安定化することができる。

また、本発明の給電コンセントは、ソケットは、前記２つの給電端子の間に一次コイルを備え、プラグは、前記２つの受電端子の間に二次コイルを備えるとよい。これにより、２つの給電端子間距離を大きくすることができ、ソケット表面に付着した塵埃によって２つの給電端子に発生する放電、いわゆるトラッキング現象を防止することができる。また、２つの受電端子間距離を大きくすることができ、プラグ表面に付着した塵埃によって２つの受電端子に発生するトラッキング現象を防止することができる。

また、本発明の給電コンセントは、前記非接触給電によって電力供給される電力量が接触給電によって電力供給される電力量より小さいとよい。接触給電は大電力供給に適しているが、アーク放電しやすい。非接触給電はアーク放電がなく安全であるが、コイルを必要とするので、大電力を給電するためにはコイルを大型化する必要がある。このように、接触給電と非接触給電は、それぞれ問題があるが、本発明の給電コンセントは、接触給電の問題（アーク放電）を非接触給電により補い、非接触給電の問題（大型になる）を接触給電が補う。その結果、接触給電と非接触給電のそれぞれの優位性を活かした給電コンセントを実現することができる。

また、本発明の給電コンセントは、前記ソケットに前記一次コイルに交流を印加するための発振回路を備え、前記発振回路は、ソケットとプラグの接続時に連続発振し、ソケットとプラグが接続されていないとき、間欠発振するとよい。これにより、ソケットとプラグが接続されていないときの消費電力を少なくすることができ、かつ、ソケットとプラグが接続されるときの発振回路の起動を素早くすることができる。

また、本発明の給電コンセントは、前記受電端子の近傍にロック爪を配置し、前記給電端子の近傍にロック爪受部を配置し、プラグがソケットに差し込まれたとき、前記ロック爪がロック爪受部に嵌まり込み、ソケットとプラグの接続を固定するとよい。これにより、二次コイルを、一次コイルに近づく方向に突出させる弾性体を備える場合でもソケットとプラグの接続を固定することができる。

また、本発明の給電コンセントは、前記ロック爪がロック爪受部に嵌まり込むとき、前記ロック爪受部の動作によって作動するスイッチを設け、前記スイッチによって前記発振回路を停止させるとよい。これにより、ソケットとプラグの接続が固定されると同時に発振回路が停止し、ソケットからプラグへの電力供給は、給電端子と受電端子の接続により行われ、一次コイルと二次コイルの非接触給電をなくすことができるので、非接触給電の電力損失をなくすことができる。

また、本発明の給電コンセントは、前記ソケットに、前記ロック爪受部に嵌まり込んでいるロック爪を解除するロック解除ボタンを設け、前記ロック解除ボタンが操作されたとき、前記発振回路を連続発振動作させるとよい。これにより、ロック解除ボタンにより、ソケットとプラグの接続が解除されると同時に、素早く発振回路が連続発振動作することができる。

また、本発明は、別の観点によれば、ソケットとプラグが接続されることにより、電源から負荷へ電力供給するための給電コンセントのソケットであって、前記ソケットは、接触型の給電端子と、一次コイルを備え、接続時には、先に一次コイルと二次コイルが電磁的に結合し、その後、給電端子が受電端子と接触し、抜去時には、先に給電端子と受電端子が離れ、その後、一次コイルと二次コイルが電磁的に離れるように構成されることを特徴とする。

本発明は、更に、別の観点によれば、ソケットとプラグが接続されることにより、電源から負荷へ電力供給するための給電コンセントのプラグであって、前記プラグは、接触型の受電端子と、二次コイルを備え、接続時には、先に二次コイルが一次コイルと電磁的に結合し、その後、受電端子が給電端子と接触し、抜去時には、先に受電端子が給電端子より離れ、その後、一次コイルと二次コイルが電磁的に離れるように構成されることを特徴とする。

＜給電コンセントの概要＞
図１は、本発明の給電コンセントの構成図を示す。図１において、直流電源１００は、図示しない太陽光発電装置、風力発電装置または燃料電池のような発電型直流電源、またはそれらの直流電源の電圧を直流電力変換機により所定の電圧に安定化された安定化型直流電源、または、商用系統より取得した交流電源を整流し、直流に変換された交流電源変換型直流電源を示す。直流電源１００は、発振回路１２に接続され、その出力は一次コイル１０に接続される。
また、直流電源１００は、一次コイル１０の両側に配置された２つの給電端子１１に接続される。ソケット１は、発振回路１２と、一次コイル１０と、２つの給電端子１１とからなり、一次コイル１０と２つの給電端子１１をプラグの挿抜方向に並べるように配置して構成される。２つの給電端子１１は、一方が＋電極であり、他方が−電極であるが、本発明において、＋電極及び−電極の設定は重要でなく、どのように設定しても構わないので、図１では特に区別して表していない。２つの給電端子１１は、金属などバネ性のある導電性材質よりなり、栓刃をバネ性によって接触する栓刃受部によって構成される。

一次コイル１０と２つの給電端子１１は、ソケットカバー５の給電端子用開口５ａと一次コイル用開口５ｂに臨むように配置され、室内に開口する。ソケットカバー５は住宅または店舗の壁面と同一面になるよう取り付けられるので、一次コイル１０の先端と、２つの給電端子１１の先端は、ソケットカバー５の裏側で同一平面に配置される。しかし、２つの給電端子１１の先端は、安全上、一次コイル１０の先端より、１ｍｍ〜１０ｍｍ程度奥まった位置にあるように配置される。このように、２つの給電端子１１の先端がソケットカバー５の裏面より更に奥まった位置にあることにより、安全性が高くなる。

一方、プラグ２は、二次コイル２０と、その両側に配置された２つの受電端子２１を備え、二次コイル２０と２つの受電端子２１は、プラグの挿抜方向に並べるように配置される。プラグ２は、ソケット１に対して分離して形成され、機械的にソケット１に嵌合することにより、二次コイル２０は一次コイル１０と電磁結合し、受電端子２１は給電端子１１と接続される。そして、二次コイル２０と２つの受電端子２１は、それぞれ電気機器３に接続される。

上記二次コイル２０は、受電端子２１より長く形成される。そのため、プラグ２をソケット１に挿入する際、給電端子１１と受電端子２１が接続されるより先に、一次コイル１０と二次コイル２０が電磁結合する。また、プラグ抜去時は、先に給電端子１１と受電端子２１の接続が離れ、その後、一次コイル１０と二次コイル２０の電磁結合が離れる。二次コイル２０の先端は、受電端子２１の先端より長く形成される。
また、２つの受電端子２１は、一方が＋電極であり、他方が−電極であるが、本発明において、＋電極及び−電極の設定は重要でなく、どのように設定しても構わないので、図１では特に区別して表していない。２つの受電端子２１は、金属など導電性材質よりなり、栓刃によって構成される。

図２は、本発明の給電コンセントの回路図を示す。図１と同じ部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略している。
直流電源１００は、発振回路１２に接続され、高周波パルス信号を発生し、直流を交流に変換する。この場合、高周波パルス信号の周波数は、人間の可聴領域以上が好ましい。しかし、数１００ｋＨｚ以上に高くなると、鉄心のヒステリシス損、渦電流損が大きくなるので、数１００ｋＨｚ以下が好ましく、例えば、人間の可聴領域以上、コイルの大きさの観点から、２０ｋＨｚ以上で、半導体素子のスイッチング速度、発生するノイズの周波数の観点から１００ｋＨｚ以下であることが更に好ましい。このような周波数の発振回路は、例えば２つのトランジスタをハーフブリッジ式コンバータに接続し、交互にＯＮ／ＯＦＦさせるパルス信号を発生するパルス信号発生装置を備えて構成される。
また、発振回路１２は、連続発振動作と、間欠発振動作に制御可能な発振回路である。

発振回路１２の出力は一次コイル１０に接続され、その電流が、検知回路１４によって検知される。検知回路１４はプラグ２が挿入されていないときの間欠発振動作時の第１基準電流、およびプラグ２が挿入され一次コイルと二次コイルが結合したときの連続発振動作時の第２基準電流を第１閾値及び第２閾値として保持している。従って、検知回路１４は、プラグ２の挿入により、一次コイルと二次コイルが結合すると、一次側の自己インダクタンスが高くなり、プラグ２が挿入されていないときと比べて、一次コイル１０の電流が低下した際に、検知された電流と第１閾値と比較することで、一次コイルと二次コイルが結合したことを検知し、制御部１３により発振回路１２を連続発振動作へ制御する。また、検知回路１４は、プラグ２の抜去により、一次コイルと二次コイルが結合しなくなると、一次側の自己インダクタンスが低くなり一次コイル１０の電流が増加した際に、検知された電流と第２閾値と比較することで、一次コイルと二次コイルが離間したことを検知し、制御部１３により発振回路１２を間欠発振動作へ制御する。
なお、図示しないが、直流電源１００と給電端子１１を接続する接触給電回路１８に半導体スイッチを設け、発振回路１２が連続発振するときオンになり、発振回路１２が間欠発振するときオフになるように制御すると、プラグ２の抜去時の安全性が更に向上する。

プラグ２は、二次コイル２０が半波整流回路または全波整流回路２２及びコンデンサ２３を介して、直流電源が電気機器３に接続される。また、２つの受電端子２１も電気機器３に接続される。電気機器３はパソコン、ゲーム機、携帯電話、またはＰＤＡなど直流機器を示すが、ＤＣ／ＡＣ変換器により交流に変換することにより、冷蔵庫、洗濯機、テレビ、エアコン、複写機、またはファクシミリのような交流機器に電源供給することが可能である。勿論、冷蔵庫、洗濯機、テレビ、エアコン、複写機、またはファクシミリが直流電源により動作する場合は、電圧変換して電源供給してもよい。

＜第１実施形態＞
図３は、本発明の第１実施形態における給電コンセントの構成図を示す。図３に示されていない部分は、図１及び図２と同じである。
ソケット１は、一次コイル１０と、一次コイルの両側に配置した給電端子１１を備える。一次コイル１０は、円筒状の一次コイルボビン１０３に絶縁被覆された銅線を巻いた一次コイル巻き線１０２により形成される。一次コイル巻き線１０２は、有底円筒状の磁性体よりなる一次コイルコア１０１の内側に密着するよう配置される。一次コイルコア１０１の表面側は開口部１５が形成され、二次コイル２０が挿入できるように、開口部１５の内径は、二次コイル２０の外径より大きく形成される。

給電端子１１は、栓刃を受ける栓刃受部によって形成され、栓刃受部の開口部１６と、一次コイルコア１０１の開口部１５は、図１に示したコンセントカバー５の給電端子用開口５ａと一次コイル用開口５ｂより室内に向けて開口する。図３に示すように、給電端子１１の先端は、一次コイルコア１０１の開口部１５の先端より１ｍｍ〜１０ｍｍ程度奥に位置するように配置する。このように給電端子１１の先端が一次コイルコア１０１の開口部１５の先端より奥に位置することにより、給電端子１１が室内に露出しないようにして、短絡事故を防止する。

また、給電端子１１は、給電端子カバー１９によって覆われる。この給電端子カバー１９にロック爪受部１７を設ける。受電端子カバー１９は、例えば、樹脂材料よりなり、その一部にロック爪受部１７を形成する。受電端子カバー１９は、好ましくは、給電端子に対する磁気的影響を少なくするため透磁率が高く、また渦電流損を抑えるため導電率が低い材料がよい。
一次コイル１０、給電端子１１、給電端子カバー１９を所定位置に配置し、一次コイル巻き線１０２及び給電端子１１より導線を導出して、ソケット１の内部を樹脂モールドし、給電ソケット筐体を形成する。
なお、図３には図示していないが、ソケット１は発振回路１２、制御回路１３及び検知回路１４を内蔵している。

プラグ２は、整流回路２２及びコンデンサ２３をプラグ本体６に内蔵し、プラグ本体６上に、二次コイル２０と、その両側に配置した受電端子２１を備える。二次コイル２０は、円筒状のコイルボビン２０３に絶縁被覆された銅線を巻きつけた二次コイル巻き線２０２と、磁性体製二次コイルコア２０１よりなる。二次コイル巻き線２０２の外側に樹脂のような絶縁性材料よりなる二次コイルカバー２４が被覆される。一次コイルコア１０１と二次コイルコア２０１は、いわゆるＯＣ／ＯＴ形状によって構成されているが、ＥＩＲ形状であってもよい。
二次コイル２０は、円柱状に形成され、その外径は、一次コイル１０の開口部１５の内径より小さく形成される。二次コイル２０は、二次コイルコア２０１とプラグ本体６の間にゴムよりなる弾性体２８を介在させて、取り付けられる。弾性体２８は、バネに代えることが可能であり、これらを総称して弾性体と言っている。
一次コイル１０は、円筒状の一次コイルボビン１０３と一次コイル巻き線１０２により形成され、円筒状の一次コイルコア１０１の内側に配置され、また二次コイル２０は、円筒状のコイルボビン２０３と二次コイル巻き線２０２により形成され、円柱状の二次コイルコア２０１を有し、円形に形成されているが、一次コイル２０及び二次コイル２０は必ずしも円形である必要はなく、楕円形、三角形、または四角形であってもよい。

受電端子２１は、導電性栓刃よりなり、受電端子２１の長さＳ１と、二次コイル２０の長さＲ１と、弾性体２８が圧縮していない状態のときの軸方向長さＲ２と、一次コイル１０が二次コイル２０と電磁結合する部分の長さＴ１と、一次コイル１０の先端位置から給電端子１１の先端位置の差の長さＴ２は、次式（１）のような関係にある。
Ｒ１＋Ｒ２＞（Ｔ１−Ｔ２）＋Ｓ１ ・・・（１）
二次コイル２０の長さＲ１と、一次コイル１０が二次コイル２０と電磁結合する部分の長さＴ１が等しい場合、Ｒ２＋Ｔ２−Ｓ１は、数ｍｍ程度である。
また、弾性体２８が圧縮した状態のときの長さＲ３は、次式（２）の関係にある。
Ｒ１＋Ｒ３＜（Ｔ１−Ｔ２）＋Ｓ１ ・・・（２）
上記（１）式のように、弾性体２８が圧縮されないときは、給電端子１１と受電端子２１は接続されず、（２）式のように、弾性体２８が圧縮されると、給電端子１１と受電端子２１は接続される。

受電端子２１は、コンセントの非接続時に露出しないように、受電端子カバー２５で覆われる。受電端子カバー２５は、例えば、樹脂材料よりなり、その先端部は開口している。また、プラグ２がソケット１に接続された際に、プラグ２を固定するため、受電端子カバー１９のロック爪受部１７に引っ掛るロック爪２６を有する。そして、ロック爪２６とロック爪受部１７の引っ掛りを解除するためロック爪の解除ボタン２７をプラグ本体６に設ける。

＜動作説明＞
以上のように、第１実施形態の給電コンセントは構成され、次のように動作する。
図４（ａ）は、ソケット１にプラグ２を接続する場合の最初の段階を示す。プラグ２をソケット１に差し込むと、プラグ本体６の表面６ａを基準にして、二次コイル２０は、受電端子２１より長く形成されているので、二次コイル２０が一次コイル１０の開口部１５に挿入され、一次コイル１０と二次コイル２０が閉磁路を形成し、電磁結合する。これにより電磁誘導作用を利用した非接触電力伝達を行う。しかし、弾性体２８が圧縮するようには押し込まれていないので、即ち、上記（１）式のように、Ｒ１＋Ｒ２＞（Ｔ１−Ｔ２）＋Ｓ１の関係にあるので、給電端子１１と受電端子２１は接触していない。

プラグ２がソケット１に接続する前、発振回路１２は、制御部１３によって間欠発振動作により、２０ｋＨｚ以上、１００ｋＨｚ以下で発振動作しているが、一次コイル１０と二次コイル２０が電磁結合すると、検知回路１４が一次コイル１０の電流減少を検知し、それによって、制御回路１３は発振回路１２を連続動作するように切替える。
なお、上記検知回路１４は、一次コイル１０の電流変化を検知したが、一次コイル１０の電圧変化、または一次コイルの自己インピーダンスの変化を検知してもよい。

図４（ｂ）は、弾性体２８が圧縮するようにプラグ２がソケット１に押し込まれた状態を示す。
図４（ｂ）に示すように、弾性体２８は圧縮されると、上記（２）式のようにＲ１＋Ｒ３＜（Ｔ１−Ｔ２）＋Ｓ１となる。従って、受電端子２１を形成する栓刃は、受電端子カバー２５の先端開口部より突出して、給電端子カバー１７の開口部１６より入り込み、更に、栓刃受部を形成する給電端子１１に挟まれ、給電端子１１と受電端子２１が電気接続される。同時に、受電端子カバー２５に設けたロック爪２６が、給電端子カバー１９に設けたロック爪受部１７に嵌まり込み、ソケット１とプラグ２の結合が固定される。給電端子１１と受電端子２１が電気接続される際、既に一次コイル１０と二次コイル２０による電磁結合によって非接触給電が行われているので、給電端子１１と受電端子２１の接触端子間に電位差が生じず、アーク放電が発生することはない。

この結合状態では、弾性体２８が二次コイル２０の先端を一次コイルコア１０１の底部に押し付け、二次コイル２０の先端と一次コイルコア１０１の空隙（ギャップ）がなくなるように安定に維持する。そのため、漏れ磁束が低減し、それによって出力電圧の安定化、回路損失の低減を図ることができる。
このようにして、給電端子１１と受電端子２１による接触給電と、一次コイル１０と二次コイル２０による非接触給電が同時に行われる。
しかし、給電端子１１と受電端子２１による接触給電が実現した後、一次コイル１０と二次コイル２０による非接触給電を停止すると、電磁変換及び電磁結合の損失をなくすことができる。そのため、ロック爪受部１７に機械的スイッチ（図示しない）を取り付け、ロック爪受部１７にロック爪２６が引っ掛ったとき、スイッチオンになり、それによって制御部１３を制御して、発振回路１２の動作を停止させるとよい。

図５は、プラグ２をソケット１から抜去する場合を示す。
プラグ２をソケット１から抜去する場合、ロック爪解除ボタン２７により、ロック爪２６を解除すると、弾性体２８の反発により受電端子２１が給電端子１１の接触から離れ、接触給電が停止する。このとき、一次コイル１０と二次コイル２０の電磁結合による非接触給電は継続しているため、給電端子１１と受電端子２１の接触端子間に電位差が生じず、アーク放電が発生することはない。
更に、プラグ２を引き抜くことにより、一次コイル１０と二次コイル２０の電磁結合が開放される。その結果、一次コイルの電流が増加するので、検知回路１４は電流増加を検知し、制御部１３によって発振回路１２を間欠動作に変え、非接触給電を停止させる。
上記検知回路１４が一次コイル１０の電圧変化、または一次コイルの自己インピーダンス変化を検知する場合は、電圧変化、または自己インピーダンス変化を検知することによって、発振回路１２を間欠動作に変え、非接触給電を停止させてもよい。
また、ロック解除ボタン２７に機械的スイッチ（図示しない）を設けることにより、非接触給電及び接触給電が実現した後、ロック爪受部１７の機械的スイッチにより、制御部１３を制御して、発振回路１２を停止した場合は、ロック解除ボタン２７が押されたとき、制御部１３を制御して、発振回路１２の動作を再起動させ、連続発振動作させるとよい。

＜第２実施形態＞
図６は、本発明の第２実施形態における給電コンセントの構成図を示す。図６に示されていない部分は、図１及び図２と同じである。
第１実施形態は、弾性体２８を備えているが、この第２実施形態は圧縮スプリングがない点で相違している。また、この第２実施形態は、ロック爪２６、ロック爪受け部１７、ロック解除ボタン２７が不要になる。
そして、この第２実施形態は、一次コイルコア１０１及び一次コイル巻き線１０２よりなる一次コイル１０の軸方向長さを第１実施形態より、長くしている。即ち、一次コイルコア１０１及び一次コイル巻き線１０２が二次コイル巻き線２０２と結合する部分の長さをＴ３で示すように、長くしている。このように、一次コイルコア１０１及び一次コイル巻き線１０２の軸方向長さを長くするのに代えて、受電端子２１を短くしてもよい。即ち、一次コイルと二次コイルが電磁結合するときも、給電端子と受電端子がまだ接続されないようにするとよい。

この第２実施形態では、プラグ２をソケット１に差し込むと、図６に示すように、一次コイル１０１と二次コイル２０は、閉磁路を形成し、電磁結合する。しかし、一次コイル１０１の軸方向長さが長いので、給電端子１１と受電端子２１はまだ接触していない。このように、一次コイル１０１と二次コイル２０が電磁結合すると、検知回路１４が一次コイル１０１の電流を検知し、それによって、制御回路１３は発振回路１２を連続動作するように切替える。その後、更にプラグ２が差し込まれると、給電端子１１と受電端子２１が電気接続される。
第２実施形態は、一次コイル１０１と二次コイル２０が最終的に電磁結合する前に、検知回路１４が二次コイル２０の挿入を検知して、発振回路２０が素早く連続発振動作に変わるよう、検知回路１４の閾値を高く調整することが望ましい。このように、検知回路１４の閾値を高く調整しておくことにより、プラグ２が挿入されてから、給電端子１１と受電端子２１が電気接続されるまでの間隔は短い場合でも、素早く発振回路２０を連続発振動作に切替えることができる。

プラグ２がソケット１から抜去される場合、受電端子２１が給電端子１１から離れ、接触給電が行われなくなるが、一次コイル１０１は、二次コイルと結合する部分を長さＴ３と長くしているので、一次コイル１０１と二次コイル２０の電磁結合は維持される。従って、受電端子２１が給電端子１１から離れるとき、非接触給電は継続しているので、受電端子２１が給電端子１１から離れるときにアーク発生を防止することができる。

＜第３実施形態＞
図７は、本発明の第３実施形態における給電コンセントの構成図を示す。図７に示されていない部分は、図１及び図２と同じである。
第１実施形態は、一次コイルコア１０１と二次コイルコア２０がＯＣ／ＯＴ形状によって形成されているが、第３実施形態は、一次コイル１０２及び二次コイル２０２がＥＥ形状に形成されている。コイル形状は、ＥＥＲ型、ＰＱ型のように、その他形状であってもよい。
この第３実施形態でも、ソケット１にプラグ２を差し込むときは、一次コイルコア１０１と二次コイルコア２０１が電磁結合した後、給電端子１１と受電端子２１が接触し、抜去する時は、給電端子１１と受電端子２１が離れた後、一次コイルコア１０１と二次コイルコア２０１が離れるように構成する。
この第３実施形態では、第１実施形態のように一次コイル巻き線１０２と、二次コイル巻き線２０２が重ならず、一次コイルコア１０１の先端と、二次コイルコア２０１の先端が突合せられるだけであるため、第１実施形態より電磁結合の強さが劣る。しかし、二次コイル２０が一次コイル１０に中に入り込む必要がないため、一次コイルコア１０１の開口部１５を形成する必要がない。また、プラグ２の受電端子２１と二次コイル２０の長さをほぼ同じにすることができ、その結果、プラグ２を小さくすることが可能になる。

＜第４実施形態＞
図８は、本発明の第４実施形態における給電コンセントの構成図を示す。図８に示されていない部分は、図１及び図２と同じである。
第４実施形態は、受電端子２１１の長さを第１実施形態の受電端子２１の長さＳ１より長い長さＳ２とし、二次コイル２０及び二次コイルコア２０１の長さＲ１と、弾性体２８が圧縮していない状態のときの軸方向長さＲ２と、一次コイルが二次コイルと電磁結合する部分の長さＴ１と、一次コイル１０の先端位置から給電端子１１の先端位置の差の長さＴ３は、次式（３）のような関係とする。
Ｒ１＋Ｒ２＞（Ｔ１−Ｔ３）＋Ｓ２ ・・・（３）
また、弾性体２８が圧縮した状態のときの長さＲ３は、次式（４）の関係とする。
Ｒ１＋Ｒ３＜（Ｔ１−Ｔ３）＋Ｓ２ ・・・（４）
このようにすることにより、ソケット１にプラグ２を差し込むときは、一次コイル１０と二次コイル２０が電磁結合した後、給電端子１１と受電端子２１１が接触し、抜去する時は、給電端子１１と受電端子２１１が離れた後、一次コイル１０と二次コイル２０が離れるように構成することができる。

＜第５実施形態＞
図９は、本発明の第５実施形態における給電コンセントの構成図を示す。図９に示されていない部分は、図１及び図２と同じである。
第５実施形態は、プラグ２が受電端子２１を備えていない点で、第１実施形態と異なる。その他は第１実施形態と同じである。
この第５実施形態では、非接触給電のみが行われるので、二次コイル２０を大型にしないような小電力を供給する場合に適している。このように、第５実施形態では、プラグ２の受電端子をなくすだけで、小電力―非接触給電に適する給電コンセントを提供することができる。また、この場合、二次コイルの巻数を調整することにより、電力供給する電気機器に合わせた最適な電圧を供給することができ、そのため、電気機器側の電圧変換が不要になる。

１ ソケット
２ プラグ
３ 電気機器
１０ 一次コイル
１１ 給電端子
１２ 発振回路
１３ 制御部
１４ 検知回路
１５，１６ 開口部
１７ ロック爪受部
１９ 給電端子カバー
２０ 二次コイル
２１ 受電端子
２２ 整流回路
２８ 弾性体
２５ 受電端子カバー
２６ ロック爪
２７ ロック解除ボタン

Claims (11)

1. ソケットとプラグを備える給電コンセントであって、
   前記ソケットは、接触型の給電端子と、一次コイルとを備え、
   前記プラグは、前記給電端子に接触可能な受電端子と、前記一次コイルと電磁結合する二次コイルとを備え、
   前記ソケットとプラグは、接続時には、先に一次コイルと二次コイルが電磁的に結合し、その後、受電端子が給電端子と接触し、抜去時には、先に給電端子と前記受電端子が離れ、その後、前記一次コイルと二次コイルが電磁的に離れるように構成されることを特徴とする給電コンセント。
2. 前記給電端子の先端部と一次コイルの先端部は、同一面上に位置するよう配置され、前記二次コイルの先端部は受電端子の先端部より突出する長さに形成される請求項１に記載の給電コンセント。
3. 前記二次コイルは、前記一次コイルに近づく方向に突出させる弾性体を備える請求項１または２に記載の給電コンセント。
4. 前記２つの給電端子の間に一次コイルを備え、前記２つの受電端子の間に二次コイルを備える請求項１から３までのいずれか１項に記載の給電コンセント。
5. 前記非接触給電によって電力供給される電力量は、前記接触給電によって電力供給される電力量より小さい請求項１から４までのいずれか１項に記載の給電コンセント。
6. 前記ソケットは、前記一次コイルに交流を印加するための発振回路を備え、前記発振回路は、ソケットとプラグの接続時に連続発振し、ソケットとプラグが接続されていないとき、間欠発振する請求項１から５までのいずれか１項に記載の給電コンセント。
7. 前記受電端子の近傍にロック爪を配置し、前記給電端子の近傍にロック爪受部を配置し、ソケットのプラグが差し込まれたとき前記ロック爪がロック爪受部に嵌まり込みソケットとプラグの接続を固定する請求項１から６までのいずれか１項に記載の給電コンセント。
8. 前記ロック爪がロック爪受部に嵌まり込むとき、前記ロック爪受部の動作によって作動するスイッチを設け、前記スイッチによって前記発振回路を連続発振動作させる請求項１から７までのいずれか１項に記載の給電コンセント。
9. 前記ソケットに、前記ロック爪受部に嵌まり込んでいるロック爪を解除するロック解除ボタンを設け、前記ロック解除ボタンが操作されたとき、前記発振回路を間欠発振動作させる請求項１から８までのいずれか１項に記載の給電コンセント。
10. ソケットとプラグが接続されることにより、電源から負荷へ電力供給するための給電コンセントのソケットであって、
    前記ソケットは、接触型の給電端子と、一次コイルを備え、接続時には、先に一次コイルと二次コイルが電磁的に結合し、その後、給電端子が受電端子と接触し、抜去時には、先に給電端子と受電端子が離れ、その後、一次コイルと二次コイルが電磁的に離れるように構成されることを特徴とする給電コンセントのソケット。
11. ソケットとプラグが接続されることにより、電源から負荷へ電力供給するための給電コンセントのプラグであって、
    前記プラグは、接触型の受電端子と、二次コイルを備え、接続時には、先に二次コイルが一次コイルと電磁的に結合し、その後、受電端子が給電端子と接触し、抜去時には、先に受電端子が給電端子より離れ、その後、一次コイルと二次コイルが電磁的に離れるように構成されることを特徴とする給電コンセントのプラグ。

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