JP2803943B2 - 非接触電力供給装置 - Google Patents

非接触電力供給装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、充電池を備えた電子機
器などに電磁誘導により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】従来より、電磁誘導により電力を供給す
る方法として、例えば、特開平３−９８４３２号公報に
開示されているような方法が提案されている。この方法
に用いる装置の構成は、図５に示すような構成になって
いる。
【０００３】すなわち、給電側には、発振器Ｂ３に給電
側発振コイルＬ６を接続した給電側発振回路６と、共振
コンデンサＣ６を共振コイルＬ７に並列に接続した給電
側共振回路７とが独立して構成されている。
【０００４】そして、受電側には、受電側共振コイルＬ
８に共振コンデンサＣ７を並列に接続した受電側共振回
路８と、ブリッジＤ３とコンデンサＣ８とから成る整流
平滑回路９が構成されている。
【０００５】そして、給電側共振回路７の共振周波数と
受電側共振回路８の共振周波数に近くなるようにあらか
じめ設定された周波数で給電側発振回路６を発振させる
ことにより、給電側発振回路６と給電側共振回路７およ
び受電側共振回路８とほぼ同一の周波数で共振し、効率
よく電力を伝達できる装置が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
装置では、給電側共振回路７の共振周波数および受電側
共振回路８の共振周波数は、それぞれ独立に決まってお
り、給電側発振回路の発振周波数も独立に固定されてい
た。
【０００７】そのため、受電側の負荷の変動すると、受
電側の共振回路８の共振周波数が変化し、給電側発振回
路６および給電側共振回路７が受電側共振回路８と同調
できなくなる。その結果、供給できる電力が大きく減少
し、安定して十分な電力を供給することができないとい
う問題点があった。
【０００８】そこで本発明の目的は、上記のような受電
側の負荷に変動が生じた場合でも、給電側発振回路の発
振周波数と受電側共振回路の共振周波数を同調させるこ
とができ、極めて効率よく安定して電力を供給できる非
接触電力供給装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明における非接触電
力供給装置は、給電側コイルとこれに並列接続された共
振コンデンサからなる給電側の発振回路と、受電側コイ
ルとこれに並列接続された共振コンデンサからなる受電
側の共振回路とを有し、前記給電側の電力を給電側コイ
ルから前記受電側コイルへ電磁誘導により非接触で供給
する電力供給装置において、前記給電側コイルと受電側
コイルの両方の磁束の影響を受けて発生する誘導起電力
を検出する検出コイルと、前記検出コイルが検出した前
記誘導起電力の周波数に応じて前記給電側コイルに供給
される電力の交流周波数を変化させて前記給電側の発信
周波数を受電側の共振周波数に同調させる制御手段とを
備えたことを特徴とするものである。 例えば、前記制御
手段は、給電側コイルに対し互いに逆方向の電流を与え
る第１のトランジスタおよび第２のトランジスタを有
し、この第１のトランジスタと第２のトランジスタは、
検出コイルで検出した誘導起電力の極性の変化に応じて
交互に給電側コイルへ電流を与えるように切換えられる
ものとなり、 また、給電側の電源が直流電源であり、こ
の直流電源からの電流が、前記第１のトランジスタおよ
び第２のトランジスタの切換動作により、給電コイルに
対して逆向きに交互に与えられるものとすることが可能
である。 さらに、第１のトランジスタと第２のトランジ
スタとの電流増幅率ｈＦＥが相違し、第１のトランジス
タと第２のトランジスタに直流電圧が与えられると、前
記電流増幅率ｈＦＥの高いトランジスタから給電側コイ
ルに電流が与えられて発振が開始されるものにできる。
【００１０】
【作用】制御手段の検出コイルが、受電側コイルの共振
周波数を電磁誘導による誘導起電力として検出し、該誘
導起電力の周波数に応じて給電側コイルに供給する電力
の交流周波数を受電側コイルの共振周波数と一致するよ
うに制御する。
【００１１】その結果、受電側の共振周波数と給電側に
供給する交流周波数とは、受電側の負荷が変化して受電
側共振回路の共振周波数が変化しても、その都度該共振
周波数に追随して同調することができる。
【００１２】
【実施例】以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本実施例の構成図、図２は本実施例を機器
内に搭載した例の要部断面図、図３は図１の実施例の間
隔ｄを変えて受電側の出力電圧と出力電流の関係を示し
た測定図、図４は図１の実施例の間隔ｄを変えて受電側
の出力電流と電力の伝達効率との関係を示した測定図で
ある。
【００１３】まず、図１に基づいて本実施例の非接触電
力供給装置の構成を説明する。本実施例は、給電部Ｓと
受電部Ｒとから構成されており、図１に示した回路構成
のうち、左側の回路が給電部Ｓで、右側の回路が受電部
Ｒである。
【００１４】そして、給電部Ｓは、電源Ｂ１と、周波数
制御回路１を含む給電側発振回路２とから構成されてお
り、受電部Ｒは、受電側共振回路３と整流回路４および
平滑回路５とから構成されている。
【００１５】上記給電側発振回路２の発振コイルＬ１の
中性点ａにはコイルＬ４を介して電源Ｂ１の正電極が接
続されており、電源Ｂ１からの電力が供給されている。
そして上記発振コイルＬ１の上端点ｂおよび下端点ｃに
は並列に接続されたコンデンサＣ２を介して周波数制御
回路１に接続されている。
【００１６】そして上記周波数制御回路１は、検出コイ
ルＬ２，トランジスタ（第１のトランジスタ）Ｑ１，ト
ランジスタ（第２のトランジスタ）Ｑ２，抵抗Ｒ１，抵
抗Ｒ２で構成されている。トランジスタＱ１およびトラ
ンジスタＱ２のそれぞれのコレクタは発振コイルＬ１の
上端点ｂまたは下端点ｃに、それぞれエミッタは共に電
源Ｂ１の負電極に、そしてそれぞれのベースは検出コイ
ルＬ２の異なる端点とそれぞれ抵抗Ｒ１またはＲ２を介
して電源Ｂ１の正電極に接続されている。
【００１７】それから、受電部Ｒは、受電側共振回路３
と、整流回路４および平滑回路５から構成されている。
【００１８】上記受電側共振回路３は、受電側共振コイ
ルＬ３に共振コンデンサＣ３を並列に接続して構成され
ている。上記整流回路４および平滑回路５は、一般にチ
ョーク・インプット型整流方式と呼ばれているもので、
整流回路４は、ダイオードＤ１およびダイオードＤ２を
受電側共振コイルＬ３の上端点ｅおよび下端点ｆとチョ
ークコイルＬ５との間に接続して構成されており、平滑
回路５は、チョークコイルＬ５をダイオードＤ１および
ダイオードＤ２と負荷抵抗Ｒ３との間に接続し、平滑コ
ンデンサＣ４を負荷抵抗Ｒ３に並列に接続して構成され
ている。
【００１９】図２はこの回路を機器に搭載した要部断面
図で、給電側コアＦｓと受電側コアＦｒとが対向するよ
うに置かれており、給電側コアＦｓには給電側発振コイ
ルＬ１と検出コイルＬ２とが巻かれており、受電側コア
Ｆｒには受電側共振コイルＬ３が巻かれている。
【００２０】次に、上記構成の回路の動作について説明
する。まず、図１の回路の給電部Ｓの発振回路２の動作
について説明する。電源Ｂ１の電圧が抵抗Ｒ１またはＲ
２を介してトランジスタＱ１およびＱ２のベースに印加
され、トランジスタＱ１またはＱ２のうちｈＦＥの高い
方のトランジスタＱ１のエミッタ−コレクタ間が導通す
る。すると、給電側発振コイルＬ１の中性点ａから上端
点ｂの方向に電流が流れ、その方向に磁束ができる。こ
のとき検出コイルＬ２に、給電側発振コイルＬ１に生じ
た磁束により上記方向とは逆向きの誘導起電力が発生す
る。すると、トランジスタＱ１のベースの電位がローレ
ベルに、トランジスタＱ２のベースの電位がハイレベル
になり、トランジスタＱ１のエミッタ−コレクタ間が導
通しなくなり、トランジスタＱ２のエミッタ−コレクタ
間が導通するようになる。すると今度は、前記方向とは
逆向きの方向、すなわち中性点ａから給電側発振コイル
Ｌ１の下端点ｃの方向に電流が流れ、その同じ方向に磁
束が発生する。その磁束により検出コイルＬ２に前記と
逆向きの誘導起電力が生じ、トランジスタＱ２をＯＦＦ
にトランジスタＱ１をＯＮにする。
【００２１】このように給電側発振コイルＬ１の磁束の
影響を受けて検出コイルＬ２に生じる誘導起電力により
トランジスタＱ１とトランジスタＱ２が交互にＯＮＯＦ
Ｆを繰り返すことにより発振が行われる。
【００２２】次に、受電側の共振回路３の動作について
説明する。受電側共振コイルＬ３に給電側発振コイルＬ
１の磁束により受電側共振コイルＬ３の下端点ｆから上
端点ｅの方向に誘導起電力が生じると、共振コンデンサ
Ｃ３の電極に電荷が溜まる。前記方向の起電力がなくな
ると、共振コンデンサＣ３に溜まった電荷が受電側共振
コイルＬ３に向かって移動しはじめ、共振コンデンサＣ
３の放電がはじまる。この放電によって、受電側共振コ
イルＬ３はレンツの法則にしたがい逆起電力が生じる。
共振コンデンサＣ３の電荷がすべて受電側共振コイルＬ
３に移動し終わると、同時にこんどは受電側共振コイル
Ｌ３に移動した電荷が逆に共振コンデンサＣ３に向かっ
て逆流しはじめる。そこで再び共振コンデンサＣ３は充
電される。共振コンデンサＣ３の充電が終わると前と同
じように受電側共振コイルＬ３に向かって放電がはじま
る、という動作が繰り返される。
【００２３】そして、整流回路４および平滑回路５の動
作は次の通りである。整流回路４を構成する２つのダイ
オードＤ１，Ｄ２は、次のように動作する。受電側共振
コイルＬ３の下端点ｆから上端点ｅの方向に誘導起電力
生じたとき、ダイオードＤ１が受電側共振コイルＬ３の
中性点ｄと上端点ｅとの部分に発生した起電力を取り出
し、受電側共振コイルＬ３の上端点ｅから下端点ｆの方
向に誘導起電力生じたとき、ダイオードＤ２が受電側共
振コイルＬ３の中性点ｄと下端点ｆとの部分に発生した
起電力を取り出す。
【００２４】上記２つのダイオードＤ１およびＤ２によ
り整流された脈流はチョークコイルＬ５に流れ、チョー
クコイルＬ５の自己誘導作用を利用して、平滑コンデン
サＣ４とにより平滑され負荷に供給される。
【００２５】そして、最後に上記周波数制御回路１の動
作を説明する。検出コイルＬ２には、給電側発振コイル
Ｌ１と受電側共振コイルＬ３とからの両方の磁束の影響
を受けて、誘導起電力が発生する。もし、周囲の振動な
どにより給電側発振コイルＬ１と受電側共振コイルＬ３
との間隔に変動が生じて、上記給電側発振コイルＬ１か
ら発振される周波数と受電側共振コイルＬ３から発振さ
れる周波数とにずれが生じると、検出コイルＬ２は上記
給電側発振コイルＬ１の周波数と受電側共振コイルＬ３
の周波数の間の周波数の誘導起電力が発生する。そし
て、上記給電側の発振周波数よりも受電側共振周波数に
近い周波数の誘導起電力がトランジスタＱ１およびトラ
ンジスタＱ２のベースに作用し、トランジスタＱ１およ
びＱ２をＯＮ，ＯＦＦさせて給電側発振回路２の発振周
波数を上記受電側共振回路３の共振周波数に、徐々に近
づけてゆき、一致させることができる。
【００２６】その結果、周囲の振動などにより給電側発
振コイルＬ１と受電側共振コイルＬ３との距離が変化
し、受電側共振回路３の共振周波数が変化した時でも、
給電側発振回路２と受電側共振回路３との周波数のずれ
をなくすことができ、安定して十分な電力を供給するこ
とができる。
【００２７】次に、上記のような動作により、次のよう
な測定結果が得られた。図３は、電源Ｂ１に１５Ｖの定
電圧電源を接続したとき、給電側発振コイルＬ１と受電
側共振コイルＬ３との間隔ｄが３ｍｍ，４ｍｍ，５．２
ｍｍの場合の受電側の負荷抵抗Ｒ３に生じる電圧と電流
の関係を示したものである。この測定結果から、例えば
上記間隔ｄが３ｍｍの場合を見ると、１０Ｗを越える出
力が得られることがわかる。
【００２８】また、図３で例えば上記間隔ｄが４ｍｍの
場合を見ると、出力電圧が約１４Ｖ以下では出力電流が
ほぼ一定になることが示されている。この現象は、負荷
抵抗Ｒ３が小さくなると、受電側共振回路２の共振コン
デンサＣ３に溜まる電荷が受電側共振コイルＬ３に流れ
ずに負荷抵抗Ｒ３に流れるため、受電側共振回路３に共
振が起こらなくなり、伝達できる電力が減少するためで
ある。
【００２９】その結果、受電側が短絡したときなど、負
荷に過電流が流れるのを防止できる。また、受電側の負
荷に充電池を接続した装置などに用いる場合には、充電
用の定電流回路を必要としないため、特に都合よく機能
する。
【００３０】そして図４は、電源Ｂ１に１５Ｖの定電圧
電源を接続したとき、給電側発振コイルＬ１と受電側共
振コイルＬ３との間隔ｄが３ｍｍ，４．５ｍｍの場合の
電力の伝達効率、すなわち給電側の電力と受電側の負荷
Ｒ３に生じる電力との比率を示したものである。この図
から本実施例の非接触電力供給装置の伝達効率が８０％
近くにまで達していることがわかる。
【００３１】
【発明の効果】以上詳述したように本発明の非接触電力
供給装置では、給電コイルと受電コイルの距離に変動が
あっても、その都度同調することができ、簡単な回路構
成で十分な電力を非常に効率よく供給することができ
る。また、非接触定電流供給装置としても用いることが
でき、充電池を備えた機器など広範囲のものに搭載する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の非接触電力供給装置の回路図。
【図２】図１の非接触電力供給装置を機器内に搭載した
例の要部断面図。
【図３】図１の非接触電力供給装置の出力電圧と出力電
流の関係を示した測定図。
【図４】図１の非接触電力供給装置の出力電流と電力の
伝達効率との関係を示した測定図。
【図５】従来の非接触電力供給装置の回路図。
【符号の説明】
Ｓ 給電部 Ｒ 受電部 １ 周波数制御部 ２ 給電側発振回路 ３ 受電側共振回路 ４ 整流回路 ５ 平滑回路 Ｌ１ 給電側発振コイル Ｌ２ 検出コイル Ｌ３ 受電側共振コイル Ｃ３ 共振コンデンサ Ｑ１ トランジスタ（第１のトランジスタ） Ｑ２ トランジスタ（第２のトランジスタ） Ｆｓ 給電側コア Ｆｒ 受電側コア
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−92504（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−115141（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−17506（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−89784（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−269344（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−98432（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−128627（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−285436（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−295284（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02J 7/00 - 7/12 H02J 17/00 ＰＣＩ（ＤＩＡＬＯＧ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 給電側コイルとこれに並列接続された共
    振コンデンサからなる給電側の発振回路と、受電側コイ
    ルとこれに並列接続された共振コンデンサからなる受電
    側の共振回路とを有し、前記給電側の電力を給電側コイ
    ルから前記受電側コイルへ電磁誘導により非接触で供給
    する電力供給装置において、前記給電側コイルと受電側
    コイルの両方の磁束の影響を受けて発生する誘導起電力
    を検出する検出コイルと、前記検出コイルが検出した前
    記誘導起電力の周波数に応じて前記給電側コイルに供給
    される電力の交流周波数を変化させて前記給電側の発信
    周波数を受電側の共振周波数に同調させる制御手段とを
    備えたことを特徴とする非接触電力供給装置。
  2. 【請求項２】 前記制御手段は、給電側コイルに対し互
    いに逆方向の電流を与える第１のトランジスタおよび第
    ２のトランジスタを有し、この第１のトランジスタと第
    ２のトランジスタは、検出コイルで検出した誘導起電力
    の極性の変化に応じて交互に給電側コイルへ電流を与え
    るように切換えられる請求項１記載の非接触電力供給装
    置。
  3. 【請求項３】 給電側の電源が直流電源であり、この直
    流電源からの電流が、前記第１のトランジスタおよび第
    ２のトランジスタの切換動作により、給電コイルに対し
    て逆向きに交互に与えられる請求項２記載の非接触電力
    供給装置。
  4. 【請求項４】 第１のトランジスタと第２のトランジス
    タとの電流増幅率ｈＦＥが相違し、第１のトランジスタ
    と第２のトランジスタに直流電圧が与えられると、前記
    電流増幅率ｈＦＥの高いトランジスタから給電側コイル
    に電流が与えられて発振が開始される請求項３記載の非
    接触電力供給装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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