JP3254688B2 - 電磁誘導式非接触電力伝送装置 - Google Patents
電磁誘導式非接触電力伝送装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電磁誘導を利用し一次
回路から二次回路に非接触で電力を伝送する装置の二次
側回路に関する。
回路から二次回路に非接触で電力を伝送する装置の二次
側回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】非接触で電力を伝送する装置の二次側の
回路として、従来は図５、図６の回路を使用していた。
図５の回路は、電力送信用コイル４１と、この電力送信
用コイル４１と電磁的に結合されている電力受信用コイ
ル４２と、この電力受信用コイル４２と直列に接続さ
れ、負荷４５に整流電圧を加えるダイオード４３と、負
荷４５と並列に接続されダイオード４３の整流出力を平
滑するコンデンサ４４とで構成されている。そして、電
力受信用コイル４２に誘導される交流電圧をダイオード
４３で半波整流して負荷４５に直流電圧を供給してい
る。
回路として、従来は図５、図６の回路を使用していた。
図５の回路は、電力送信用コイル４１と、この電力送信
用コイル４１と電磁的に結合されている電力受信用コイ
ル４２と、この電力受信用コイル４２と直列に接続さ
れ、負荷４５に整流電圧を加えるダイオード４３と、負
荷４５と並列に接続されダイオード４３の整流出力を平
滑するコンデンサ４４とで構成されている。そして、電
力受信用コイル４２に誘導される交流電圧をダイオード
４３で半波整流して負荷４５に直流電圧を供給してい
る。
【０００３】また図６の回路の場合は、電力送信用コイ
ル５１と、電力受信用コイル５２と、整流用ダイオード
５４と、平滑用コンデンサ５５と、負荷５６とを図５の
回路と同様に構成し、電力受信用コイル５２の両端にコ
ンデンサ５３を並列接続している。そして、電力受信用
コイル５２とコンデンサ５３とで並列共振回路５０を構
成している。なお、この並列共振周波数は、コイル５
１、５２を介して伝達される交流電圧の周波数と一致さ
せている。
ル５１と、電力受信用コイル５２と、整流用ダイオード
５４と、平滑用コンデンサ５５と、負荷５６とを図５の
回路と同様に構成し、電力受信用コイル５２の両端にコ
ンデンサ５３を並列接続している。そして、電力受信用
コイル５２とコンデンサ５３とで並列共振回路５０を構
成している。なお、この並列共振周波数は、コイル５
１、５２を介して伝達される交流電圧の周波数と一致さ
せている。
【０００４】以上のように構成される図６の回路の動作
を次に説明する。電力受信用コイル５２に伝送される交
流電圧の周波数は、共振回路の共振周波数と一致してい
るので、並列共振回路には大きな共振電流が流れ、その
ためコンデンサ５３の両端には、電力受信用コイル５２
単体の場合に誘起する電圧よりはるかに大きい電圧が発
生する。そして、この交流電圧は、ダイオード５４で半
波整流され、コンデンサ５５で平滑されて直流電圧とな
り、この直流電圧が負荷５６に与えられる。
を次に説明する。電力受信用コイル５２に伝送される交
流電圧の周波数は、共振回路の共振周波数と一致してい
るので、並列共振回路には大きな共振電流が流れ、その
ためコンデンサ５３の両端には、電力受信用コイル５２
単体の場合に誘起する電圧よりはるかに大きい電圧が発
生する。そして、この交流電圧は、ダイオード５４で半
波整流され、コンデンサ５５で平滑されて直流電圧とな
り、この直流電圧が負荷５６に与えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来の回
路にはそれぞれ次の問題点がある。すなわち、図５の回
路では、電力受信用コイル４２に誘起する電圧を整流用
ダイオード４３で整流するが、電力伝送距離が長くなる
と電力受信用コイル４２に誘起する電圧が小さくなり、
そのため必要な出力電圧が得られなくなるという問題が
ある。また、電力受信用コイル４２に誘起する電圧は十
分であっても、回路に流れる電流は電力受信用コイル４
２の自己インダクタンスによって制限されてしまい、大
電力を負荷に供給できないという問題もある。
路にはそれぞれ次の問題点がある。すなわち、図５の回
路では、電力受信用コイル４２に誘起する電圧を整流用
ダイオード４３で整流するが、電力伝送距離が長くなる
と電力受信用コイル４２に誘起する電圧が小さくなり、
そのため必要な出力電圧が得られなくなるという問題が
ある。また、電力受信用コイル４２に誘起する電圧は十
分であっても、回路に流れる電流は電力受信用コイル４
２の自己インダクタンスによって制限されてしまい、大
電力を負荷に供給できないという問題もある。
【０００６】一方、図６の回路は、電力受信用コイル５
２が並列共振回路５０を構成しているので、電力伝送距
離が長くても、コンデンサ５３の両端電圧が不足すると
いうことはさほど問題にならない。しかし、図６の回路
の場合は、電力伝送距離の長いところで使用する回路を
短い電力伝送距離で使用したときに、コンデンサ５３の
両端に過大な電圧が発生してしまうという問題がある。
そして、このときには共振回路等に過大な電流が流れて
しまい、回路に無駄な発熱が生じるだけでなく、負荷５
６に過大な電圧が供給されてしまうという問題がある。
この対策として、例えばコンデンサ５５と負荷５６の間
に３端子レギュレータを設け、負荷５６の電圧を常に一
定にすることもできる。しかし、それでも無駄な電力消
費の問題は何ら解決されず、特に、不要な電圧を吸収し
ている３端子レギュレータでは、電力損失や発熱のこと
が問題になる。
２が並列共振回路５０を構成しているので、電力伝送距
離が長くても、コンデンサ５３の両端電圧が不足すると
いうことはさほど問題にならない。しかし、図６の回路
の場合は、電力伝送距離の長いところで使用する回路を
短い電力伝送距離で使用したときに、コンデンサ５３の
両端に過大な電圧が発生してしまうという問題がある。
そして、このときには共振回路等に過大な電流が流れて
しまい、回路に無駄な発熱が生じるだけでなく、負荷５
６に過大な電圧が供給されてしまうという問題がある。
この対策として、例えばコンデンサ５５と負荷５６の間
に３端子レギュレータを設け、負荷５６の電圧を常に一
定にすることもできる。しかし、それでも無駄な電力消
費の問題は何ら解決されず、特に、不要な電圧を吸収し
ている３端子レギュレータでは、電力損失や発熱のこと
が問題になる。
【０００７】本発明は、以上の問題点を解決するための
ものであって、電力伝送距離に関係なく負荷に一定の電
圧を供給し、しかも、回路中の電力消費が少ない電磁誘
導式非接触電力伝送装置を提供することを目的とする。
ものであって、電力伝送距離に関係なく負荷に一定の電
圧を供給し、しかも、回路中の電力消費が少ない電磁誘
導式非接触電力伝送装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る電磁誘導式非接触電力伝送装置は、電
磁誘導作用によって交流電力の供給を受けるコイルと、
このコイルと並列に接続され並列共振回路を構成するコ
ンデンサと、この並列共振回路と負荷の間に直列に接続
され、前記並列共振回路の両端電圧を整流し、負荷に直
流電圧を供給する整流素子と、負荷に並列に接続される
平滑コンデンサとからなる電力伝送装置において、前記
並列共振回路の共振周波数をこの共振回路に入力される
励磁磁界により発生する交流電圧の周波数より高くする
とともに、前記並列共振回路に並列に接続され、前記並
列共振回路の電圧が負から正に変わるとき、ＯＮして通
電するスイッチング素子と、前記スイッチング素子のＯ
Ｎ時から、負荷電圧の値に対応した時間が経過した後、
前記スイッチング素子をＯＦＦする制御回路とを設ける
構成にしている。
め、本発明に係る電磁誘導式非接触電力伝送装置は、電
磁誘導作用によって交流電力の供給を受けるコイルと、
このコイルと並列に接続され並列共振回路を構成するコ
ンデンサと、この並列共振回路と負荷の間に直列に接続
され、前記並列共振回路の両端電圧を整流し、負荷に直
流電圧を供給する整流素子と、負荷に並列に接続される
平滑コンデンサとからなる電力伝送装置において、前記
並列共振回路の共振周波数をこの共振回路に入力される
励磁磁界により発生する交流電圧の周波数より高くする
とともに、前記並列共振回路に並列に接続され、前記並
列共振回路の電圧が負から正に変わるとき、ＯＮして通
電するスイッチング素子と、前記スイッチング素子のＯ
Ｎ時から、負荷電圧の値に対応した時間が経過した後、
前記スイッチング素子をＯＦＦする制御回路とを設ける
構成にしている。
【０００９】
【作用】並列共振回路の両端電圧（コンデンサの両端電
圧）が負から正に変わるとき、制御回路は、スイッチン
グ素子をＯＮ状態にする。すると、並列共振回路のコイ
ルに誘起されている交流電圧は、このとき以降スイッチ
ング素子により短絡されることになる。なお、コンデン
サに流れる電流の位相は、コンデンサの電圧の位相より
９０度進んでいるので、このとき、共振回路には最大値
の電流が流れていたことになる。最大値であったこの電
流は、以降、ＯＮ状態のスイッチング素子に流れるが、
若干の時間の経過後、制御回路がスイッチング素子をＯ
ＦＦ状態に戻すので、スイッチング素子がＯＦＦ状態と
なった後は、コンデンサを充電する電流になる。そのた
め、スイッチング素子がＯＦＦ状態となった後、コンデ
ンサの両端電圧は０ボルトから正に向かって増加するこ
とになる。ところが、その後コンデンサの両端電圧が負
荷側の電圧より高くなると、整流素子が導通するので、
共振回路のコンデンサはそれ以上は充電されず、負荷の
両端の平滑コンデンサを充電することになる。ところ
で、スイッチング素子がＯＦＦ状態となった後は、コン
デンサとコイルは普通の並列共振回路として働く。従っ
て、コンデンサの両端電圧は、やがて負荷側の電圧より
低くなり、そのとき整流素子が遮断状態になる。そし
て、その後はコンデンサの電荷を放電する方向の電流が
流れ、また、コンデンサの電荷が放電されてしまった後
はコンデンサを逆向きに充電する電流となる。つまり、
整流素子が遮断状態になった後、コンデンサの両端電圧
は、正弦波的に振動し正から負に減少し、やがて負から
零に戻り、それ以降は最初に説明した動作と同じことを
繰り返す。
圧）が負から正に変わるとき、制御回路は、スイッチン
グ素子をＯＮ状態にする。すると、並列共振回路のコイ
ルに誘起されている交流電圧は、このとき以降スイッチ
ング素子により短絡されることになる。なお、コンデン
サに流れる電流の位相は、コンデンサの電圧の位相より
９０度進んでいるので、このとき、共振回路には最大値
の電流が流れていたことになる。最大値であったこの電
流は、以降、ＯＮ状態のスイッチング素子に流れるが、
若干の時間の経過後、制御回路がスイッチング素子をＯ
ＦＦ状態に戻すので、スイッチング素子がＯＦＦ状態と
なった後は、コンデンサを充電する電流になる。そのた
め、スイッチング素子がＯＦＦ状態となった後、コンデ
ンサの両端電圧は０ボルトから正に向かって増加するこ
とになる。ところが、その後コンデンサの両端電圧が負
荷側の電圧より高くなると、整流素子が導通するので、
共振回路のコンデンサはそれ以上は充電されず、負荷の
両端の平滑コンデンサを充電することになる。ところ
で、スイッチング素子がＯＦＦ状態となった後は、コン
デンサとコイルは普通の並列共振回路として働く。従っ
て、コンデンサの両端電圧は、やがて負荷側の電圧より
低くなり、そのとき整流素子が遮断状態になる。そし
て、その後はコンデンサの電荷を放電する方向の電流が
流れ、また、コンデンサの電荷が放電されてしまった後
はコンデンサを逆向きに充電する電流となる。つまり、
整流素子が遮断状態になった後、コンデンサの両端電圧
は、正弦波的に振動し正から負に減少し、やがて負から
零に戻り、それ以降は最初に説明した動作と同じことを
繰り返す。
【００１０】次に、負荷側の電圧を一定にする制御回路
の動作を説明する。ここで、例えばコイルの結合が密に
なったためコイルに誘起される電圧が大きくなり、その
ため負荷の電圧が大きくなった場合を考える。このと
き、制御回路は、上記スイッチング素子のＯＮ状態の時
間が長くなるよう制御するので、コンデンサの両端電圧
が零の期間が長くなり、従って、整流素子に加わる電圧
はなかなか大きくならず、負荷の電圧を上げないよう動
作する。逆に負荷の電圧が小さくなった場合は、制御回
路がスイッチング素子のＯＮ状態の時間が短くなるよう
制御するので、コンデンサの両端電圧が零の期間が短く
なり、従って、負荷の電圧は大きくなる。
の動作を説明する。ここで、例えばコイルの結合が密に
なったためコイルに誘起される電圧が大きくなり、その
ため負荷の電圧が大きくなった場合を考える。このと
き、制御回路は、上記スイッチング素子のＯＮ状態の時
間が長くなるよう制御するので、コンデンサの両端電圧
が零の期間が長くなり、従って、整流素子に加わる電圧
はなかなか大きくならず、負荷の電圧を上げないよう動
作する。逆に負荷の電圧が小さくなった場合は、制御回
路がスイッチング素子のＯＮ状態の時間が短くなるよう
制御するので、コンデンサの両端電圧が零の期間が短く
なり、従って、負荷の電圧は大きくなる。
【００１１】
【実施例】図１は本発明の一実施例を示す回路ブロック
図である。電力受信用コイル１とコンデンサ２により並
列共振回路３を構成し、このコンデンサ２に並列にスイ
ッチ素子Ｓ1 を接続する。そして、共振回路３と負荷５
の間にはスイッチ素子Ｓ２を接続し、また、負荷５と並
列に平滑用コンデンサ４を接続する。一方、負荷５の両
端電圧は電圧検出回路６に帰還され、電圧検出回路６の
出力はスイッチング制御回路７に加えられ、その出力が
スイッチ素子Ｓ1 、Ｓ２に加わっている。
図である。電力受信用コイル１とコンデンサ２により並
列共振回路３を構成し、このコンデンサ２に並列にスイ
ッチ素子Ｓ1 を接続する。そして、共振回路３と負荷５
の間にはスイッチ素子Ｓ２を接続し、また、負荷５と並
列に平滑用コンデンサ４を接続する。一方、負荷５の両
端電圧は電圧検出回路６に帰還され、電圧検出回路６の
出力はスイッチング制御回路７に加えられ、その出力が
スイッチ素子Ｓ1 、Ｓ２に加わっている。
【００１２】以上のように構成される回路の動作を次に
説明する。スイッチ素子Ｓ1 に加わる電圧（コンデンサ
２の両端電圧）が負から零に変わるとき、スイッチング
制御回路７は、スイッチ素子Ｓ1 をＯＮ状態に制御する
（なお、このときスイッチ素子Ｓ２はＯＦＦ状態になっ
ている）。すると、スイッチ素子Ｓ１によってコイル１
が短絡され、これ以降、コイル１の電流はスイッチ素子
Ｓ1 に流れる。そして、若干の時間が経過すると、スイ
ッチング制御回路７は、スイッチ素子Ｓ1 をＯＦＦ状態
に制御する。すると、コンデンサ２はその時から充電さ
れ始めるので、コンデンサ２の両端電圧は零から正に向
かって増加する。この電圧がある程度増加したとき、ス
イッチ素子Ｓ２がＯＮ状態になるので、その後は、平滑
用コンデンサ４が充電される。そして、平滑用コンデン
サ４の電圧が適当な値まで増加したとき、スイッチ素子
Ｓ２がＯＦＦ状態になり、それ以降は並列共振回路３が
通常の動作をする。つまり、コンデンサ２の両端電圧
は、正から負に減少し、負から零へと増加する。そし
て、コンデンサ２の電圧が負から零に変わるとき、スイ
ッチング制御回路７は、スイッチ素子Ｓ1 をＯＮ状態に
制御して最初に説明した動作に戻る。
説明する。スイッチ素子Ｓ1 に加わる電圧（コンデンサ
２の両端電圧）が負から零に変わるとき、スイッチング
制御回路７は、スイッチ素子Ｓ1 をＯＮ状態に制御する
（なお、このときスイッチ素子Ｓ２はＯＦＦ状態になっ
ている）。すると、スイッチ素子Ｓ１によってコイル１
が短絡され、これ以降、コイル１の電流はスイッチ素子
Ｓ1 に流れる。そして、若干の時間が経過すると、スイ
ッチング制御回路７は、スイッチ素子Ｓ1 をＯＦＦ状態
に制御する。すると、コンデンサ２はその時から充電さ
れ始めるので、コンデンサ２の両端電圧は零から正に向
かって増加する。この電圧がある程度増加したとき、ス
イッチ素子Ｓ２がＯＮ状態になるので、その後は、平滑
用コンデンサ４が充電される。そして、平滑用コンデン
サ４の電圧が適当な値まで増加したとき、スイッチ素子
Ｓ２がＯＦＦ状態になり、それ以降は並列共振回路３が
通常の動作をする。つまり、コンデンサ２の両端電圧
は、正から負に減少し、負から零へと増加する。そし
て、コンデンサ２の電圧が負から零に変わるとき、スイ
ッチング制御回路７は、スイッチ素子Ｓ1 をＯＮ状態に
制御して最初に説明した動作に戻る。
【００１３】次に、電圧検出回路６とスイッチング制御
回路７の動作を説明する。電圧検出回路６は、負荷５の
両端電圧と比較基準電圧ＶREF の差に比例した電圧を出
力する。そして、スイッチング制御回路７は、この電圧
検出回路６の出力電圧に比例した時間だけスイッチング
素子Ｓ１をＯＮ状態に制御する。従って、負荷５の両端
電圧が高くなるとスイッチング素子Ｓ１のＯＮ状態が長
くなり、そのためスイッチング素子Ｓ２の入力側電圧が
なかなか大きくならないことになる。逆に、負荷５の両
端電圧が低くなるとスイッチング素子Ｓ１のＯＮ状態が
短くなり、そのためスイッチング素子Ｓ２の入力側電圧
が素早く大きくなり、結局、この負帰還作用により負荷
５の両端電圧が常に一定に制御されることになる。
回路７の動作を説明する。電圧検出回路６は、負荷５の
両端電圧と比較基準電圧ＶREF の差に比例した電圧を出
力する。そして、スイッチング制御回路７は、この電圧
検出回路６の出力電圧に比例した時間だけスイッチング
素子Ｓ１をＯＮ状態に制御する。従って、負荷５の両端
電圧が高くなるとスイッチング素子Ｓ１のＯＮ状態が長
くなり、そのためスイッチング素子Ｓ２の入力側電圧が
なかなか大きくならないことになる。逆に、負荷５の両
端電圧が低くなるとスイッチング素子Ｓ１のＯＮ状態が
短くなり、そのためスイッチング素子Ｓ２の入力側電圧
が素早く大きくなり、結局、この負帰還作用により負荷
５の両端電圧が常に一定に制御されることになる。
【００１４】図２は本発明の他の実施例を示す回路図で
ある。この回路は、入力共振部２１と主スイッチ部２２
とスイッチング制御部２３と電圧検出部２４と負荷部２
５が接続されて構成されている。入力共振部２１は電力
受信用コイルＬ１とコンデンサＣ１による並列共振回路
である。
ある。この回路は、入力共振部２１と主スイッチ部２２
とスイッチング制御部２３と電圧検出部２４と負荷部２
５が接続されて構成されている。入力共振部２１は電力
受信用コイルＬ１とコンデンサＣ１による並列共振回路
である。
【００１５】主スイッチ部２２は、ダイオードＤ１とＦ
ＥＴＱ１と整流用ダイオードＤ２からなり、ダイオード
Ｄ１とＦＥＴＱ１は直列に接続されて並列共振回路に並
列に接続される。また、整流用ダイオードＤ２は並列共
振回路とスイッチング制御部２３の間に接続される。な
お、これ以降、整流用ダイオードＤ２のカソード端子の
接続される線を電源ラインと呼ぶことにする。
ＥＴＱ１と整流用ダイオードＤ２からなり、ダイオード
Ｄ１とＦＥＴＱ１は直列に接続されて並列共振回路に並
列に接続される。また、整流用ダイオードＤ２は並列共
振回路とスイッチング制御部２３の間に接続される。な
お、これ以降、整流用ダイオードＤ２のカソード端子の
接続される線を電源ラインと呼ぶことにする。
【００１６】スイッチング制御部２３は、抵抗Ｒ３とト
ランジスタＱ３のコレクタ端子が直列接続され、電源ラ
インとアース間に接続される。このトランジスタＱ３の
ベース端子には抵抗Ｒ４とトランジスタＱ４のベース端
子が接続され、抵抗Ｒ４は電源ラインに、またトランジ
スタＱ４のエミッタは整流用ダイオードＤ２のアノード
端子に接続される。なお、トランジスタＱ４のコレクタ
端子とベース端子はつながっている。トランジスタＱ３
のコレクタ端子は、ＮＯＴ回路Ｇ２の入力端子に接続さ
れ、ＮＯＴ回路Ｇ２の出力端子は抵抗Ｒ１に接続され
る。抵抗Ｒ１の他の端子は、コンデンサＣ２とトランジ
スタＱ２のコレクタ端子とＮＯＴ回路Ｇ１の入力端子に
接続される。そして、ＮＯＴ回路Ｇ１の出力端子は、前
記ＦＥＴＱ１のゲート端子に接続される。またコンデン
サＣ２の他の端子はトランジスタＱ２のベース端子と抵
抗Ｒ２に接続され、トランジスタＱ２のエミッタ端子は
アースに接続される。
ランジスタＱ３のコレクタ端子が直列接続され、電源ラ
インとアース間に接続される。このトランジスタＱ３の
ベース端子には抵抗Ｒ４とトランジスタＱ４のベース端
子が接続され、抵抗Ｒ４は電源ラインに、またトランジ
スタＱ４のエミッタは整流用ダイオードＤ２のアノード
端子に接続される。なお、トランジスタＱ４のコレクタ
端子とベース端子はつながっている。トランジスタＱ３
のコレクタ端子は、ＮＯＴ回路Ｇ２の入力端子に接続さ
れ、ＮＯＴ回路Ｇ２の出力端子は抵抗Ｒ１に接続され
る。抵抗Ｒ１の他の端子は、コンデンサＣ２とトランジ
スタＱ２のコレクタ端子とＮＯＴ回路Ｇ１の入力端子に
接続される。そして、ＮＯＴ回路Ｇ１の出力端子は、前
記ＦＥＴＱ１のゲート端子に接続される。またコンデン
サＣ２の他の端子はトランジスタＱ２のベース端子と抵
抗Ｒ２に接続され、トランジスタＱ２のエミッタ端子は
アースに接続される。
【００１７】電圧検出部２４は、ツェナーダイオードＺ
Ｄと抵抗Ｒ5 が直列に接続され、これが電源ラインとア
ース間に接続される。またツェナーダイオードＺＤと抵
抗Ｒ5 の接続点は前記抵抗Ｒ２の他の端子に接続され
る。負荷部２５は、負荷抵抗ＲＬとこれと並列に接続さ
れる平滑用コンデンサＣ３で構成され、それぞれ電源ラ
インとアース間に接続される。
Ｄと抵抗Ｒ5 が直列に接続され、これが電源ラインとア
ース間に接続される。またツェナーダイオードＺＤと抵
抗Ｒ5 の接続点は前記抵抗Ｒ２の他の端子に接続され
る。負荷部２５は、負荷抵抗ＲＬとこれと並列に接続さ
れる平滑用コンデンサＣ３で構成され、それぞれ電源ラ
インとアース間に接続される。
【００１８】図３は図２の回路の各部の電圧波形を示し
たものである。図３の（ａ）は磁束の変化により電力受
信用コイルＬ１に誘導される起電力、図３の（ｂ）はコ
ンデンサＣ１の両端電圧ＶL 、図３の（ｃ）はＮＯＴ回
路Ｇ２の出力波形、図３の（ｄ）はＮＯＴ回路Ｇ１の入
力波形、図３の（ｅ）はＮＯＴ回路Ｇ１の出力波形をそ
れぞれ示している。
たものである。図３の（ａ）は磁束の変化により電力受
信用コイルＬ１に誘導される起電力、図３の（ｂ）はコ
ンデンサＣ１の両端電圧ＶL 、図３の（ｃ）はＮＯＴ回
路Ｇ２の出力波形、図３の（ｄ）はＮＯＴ回路Ｇ１の入
力波形、図３の（ｅ）はＮＯＴ回路Ｇ１の出力波形をそ
れぞれ示している。
【００１９】次に、図３のＴ０からＴ７の各区間につい
て回路の動作を説明する。なお、図のＴ０からＴ１ま
で、及びＴ４からＴ７までは共振回路の動作をするが、
このときの回路動作を、コイルとコンデンサの間でエネ
ルギーの授受で説明することがある。すなわち、Ｔ０か
らＴ１（Ｔ６からＴ７）までの期間、およびＴ４からＴ
５までの期間はコイルにエネルギーが蓄えられる期間で
あり（言い換えるとコンデンサの電荷が放電されている
期間）、Ｔ５からＴ６までの期間は、コイルが蓄えてい
たエネルギーを放出している期間（コンデンサが充電さ
れている期間）である。
て回路の動作を説明する。なお、図のＴ０からＴ１ま
で、及びＴ４からＴ７までは共振回路の動作をするが、
このときの回路動作を、コイルとコンデンサの間でエネ
ルギーの授受で説明することがある。すなわち、Ｔ０か
らＴ１（Ｔ６からＴ７）までの期間、およびＴ４からＴ
５までの期間はコイルにエネルギーが蓄えられる期間で
あり（言い換えるとコンデンサの電荷が放電されている
期間）、Ｔ５からＴ６までの期間は、コイルが蓄えてい
たエネルギーを放出している期間（コンデンサが充電さ
れている期間）である。
【００２０】Ｔ０からＴ１までの期間は、共振回路の電
圧ＶL が負であるのでトランジスタＱ４のベース電位も
負であり、従ってトランジスタＱ３はＯＦＦ状態であ
り、Ｑ３のコレクタ、つまりＮＯＴ回路Ｇ２の入力電圧
はＨレベル、そしてＮＯＴ回路Ｇ２の出力電圧（図３の
ｃ参照）とＮＯＴ回路Ｇ１の入力電圧（図３のｄ参照）
はともにＬレベルである。そのため、ＮＯＴ回路Ｇ１の
出力電圧はＨレベルとなり(図３のｅ参照)、ＦＥＴＱ１
はＯＮ状態となる。しかし、共振回路の電圧ＶL が負で
あるのでダイオードＤ１はＯＦＦ状態のままであり、コ
ンデンサＣ１とコイルＬ１は共振回路の動作を続け、コ
イルＬ１にエネルギーが蓄えられるモードで動作する。
圧ＶL が負であるのでトランジスタＱ４のベース電位も
負であり、従ってトランジスタＱ３はＯＦＦ状態であ
り、Ｑ３のコレクタ、つまりＮＯＴ回路Ｇ２の入力電圧
はＨレベル、そしてＮＯＴ回路Ｇ２の出力電圧（図３の
ｃ参照）とＮＯＴ回路Ｇ１の入力電圧（図３のｄ参照）
はともにＬレベルである。そのため、ＮＯＴ回路Ｇ１の
出力電圧はＨレベルとなり(図３のｅ参照)、ＦＥＴＱ１
はＯＮ状態となる。しかし、共振回路の電圧ＶL が負で
あるのでダイオードＤ１はＯＦＦ状態のままであり、コ
ンデンサＣ１とコイルＬ１は共振回路の動作を続け、コ
イルＬ１にエネルギーが蓄えられるモードで動作する。
【００２１】次にＴ１で共振回路の電圧ＶL が図のレベ
ルまで増加すると、その正の電圧によりダイオードＤ１
がＯＮ状態となる。このとき共振回路は、コイルＬ１に
蓄えられたエネルギーをコンデンサＣ１に放出しようと
するタイミングであるが、上述のようにダイオードＤ１
とＦＥＴＱ１がＯＮ状態になるので、以降、ダイオード
Ｄ１とＦＥＴＱ１に電流が流れる。ところで、Ｔ１にお
けるレベルまで共振回路の電圧ＶL が増加するとトラン
ジスタＱ４のベース電位も上がるのでトランジスタＱ３
がＯＮ状態になり、ＮＯＴ回路Ｇ２の入力電圧がＬレベ
ル、ＮＯＴ回路Ｇ２の出力電圧がＨレベルになる（図３
のｃ参照）。しかし、ＮＯＴ回路Ｇ２とＮＯＴ回路Ｇ１
の間には抵抗Ｒ１とコンデンサＣ２とトランジスタＱ２
によるミラー積分回路があるので、ＮＯＴ回路Ｇ１の入
力電圧は、すぐにはＨレベルにならず図３の（ｄ）のよ
うに増加してゆく。つまり、ＮＯＴ回路Ｇ２の出力電圧
はＨレベルになるが、ＮＯＴ回路Ｇ１の入力端子にＨレ
ベルの電圧が加わるには若干の時間がかかり（図３のｄ
のＴ１からＴ２の区間τを参照）、ＮＯＴ回路Ｇ１の出
力電圧はＨレベルのままであり（図３のｅ参照）従っ
て、コイルＬ１はダイオードＤ１とＦＥＴＱ１で短絡さ
れたままである。
ルまで増加すると、その正の電圧によりダイオードＤ１
がＯＮ状態となる。このとき共振回路は、コイルＬ１に
蓄えられたエネルギーをコンデンサＣ１に放出しようと
するタイミングであるが、上述のようにダイオードＤ１
とＦＥＴＱ１がＯＮ状態になるので、以降、ダイオード
Ｄ１とＦＥＴＱ１に電流が流れる。ところで、Ｔ１にお
けるレベルまで共振回路の電圧ＶL が増加するとトラン
ジスタＱ４のベース電位も上がるのでトランジスタＱ３
がＯＮ状態になり、ＮＯＴ回路Ｇ２の入力電圧がＬレベ
ル、ＮＯＴ回路Ｇ２の出力電圧がＨレベルになる（図３
のｃ参照）。しかし、ＮＯＴ回路Ｇ２とＮＯＴ回路Ｇ１
の間には抵抗Ｒ１とコンデンサＣ２とトランジスタＱ２
によるミラー積分回路があるので、ＮＯＴ回路Ｇ１の入
力電圧は、すぐにはＨレベルにならず図３の（ｄ）のよ
うに増加してゆく。つまり、ＮＯＴ回路Ｇ２の出力電圧
はＨレベルになるが、ＮＯＴ回路Ｇ１の入力端子にＨレ
ベルの電圧が加わるには若干の時間がかかり（図３のｄ
のＴ１からＴ２の区間τを参照）、ＮＯＴ回路Ｇ１の出
力電圧はＨレベルのままであり（図３のｅ参照）従っ
て、コイルＬ１はダイオードＤ１とＦＥＴＱ１で短絡さ
れたままである。
【００２２】その後、Ｔ２でＮＯＴ回路Ｇ１の入力電圧
が、スレシホールドレベルを越えてＨレベルになると
（図３のｄ参照）、ＮＯＴ回路Ｇ１の出力電圧がＬレベ
ルになり（図３のｅ参照）、ＦＥＴＱ１はＯＦＦ状態に
なる。すると、コンデンサＣ１とコイルＬ１は並列共振
回路として働き、コンデンサＣ１に電流が流れ込み、コ
ンデンサＣ１の両端電圧が増加する。尚、この区間は、
コイルＬ１に蓄えられていたエネルギーをコンデンサＣ
１に与えるモードである。
が、スレシホールドレベルを越えてＨレベルになると
（図３のｄ参照）、ＮＯＴ回路Ｇ１の出力電圧がＬレベ
ルになり（図３のｅ参照）、ＦＥＴＱ１はＯＦＦ状態に
なる。すると、コンデンサＣ１とコイルＬ１は並列共振
回路として働き、コンデンサＣ１に電流が流れ込み、コ
ンデンサＣ１の両端電圧が増加する。尚、この区間は、
コイルＬ１に蓄えられていたエネルギーをコンデンサＣ
１に与えるモードである。
【００２３】そして、Ｔ３になると、負荷の電圧Ｖ０よ
り共振回路の電圧ＶL の方が高くなるのでダイオードＤ
２がＯＮ状態になり以降、負荷側の平滑コンデンサＣ３
に電流が流れることになる。その後、並列共振回路の動
作により共振回路の電圧ＶL が減少してくると、ダイオ
ードＤ２がＯＦＦ状態になり、以降はコンデンサＣ１と
コイルＬ１は並列共振回路の動作をする。すなわち、Ｔ
４からＴ５まではコンデンサＣ１が電荷を放電し、コイ
ルＬ１にエネルギーが蓄えられる状態であり、Ｔ５から
Ｔ６まではコイルＬ１に蓄えられたエネルギーがコンデ
ンサＣ１に放出される状態である。ところで、Ｔ５にな
ると共振回路の電圧ＶL が零になるのでトランジスタＱ
３がＯＦＦ状態になりＮＯＴ回路Ｇ２の入力電圧はＨレ
ベル、またその出力電圧はＬレベルになり（図３のｃ参
照）、従って、ＮＯＴ回路Ｇ１の入力電圧はＬレベル
（図３のｄ参照）、またその出力電圧はＨレベルになり
（図３のｅ参照）ＦＥＴＱ１はＯＮ状態になる。ただ
し、共振回路の電圧ＶL が負であるのでダイオードＤ１
はＯＦＦである。
り共振回路の電圧ＶL の方が高くなるのでダイオードＤ
２がＯＮ状態になり以降、負荷側の平滑コンデンサＣ３
に電流が流れることになる。その後、並列共振回路の動
作により共振回路の電圧ＶL が減少してくると、ダイオ
ードＤ２がＯＦＦ状態になり、以降はコンデンサＣ１と
コイルＬ１は並列共振回路の動作をする。すなわち、Ｔ
４からＴ５まではコンデンサＣ１が電荷を放電し、コイ
ルＬ１にエネルギーが蓄えられる状態であり、Ｔ５から
Ｔ６まではコイルＬ１に蓄えられたエネルギーがコンデ
ンサＣ１に放出される状態である。ところで、Ｔ５にな
ると共振回路の電圧ＶL が零になるのでトランジスタＱ
３がＯＦＦ状態になりＮＯＴ回路Ｇ２の入力電圧はＨレ
ベル、またその出力電圧はＬレベルになり（図３のｃ参
照）、従って、ＮＯＴ回路Ｇ１の入力電圧はＬレベル
（図３のｄ参照）、またその出力電圧はＨレベルになり
（図３のｅ参照）ＦＥＴＱ１はＯＮ状態になる。ただ
し、共振回路の電圧ＶL が負であるのでダイオードＤ１
はＯＦＦである。
【００２４】以降、Ｔ６の状態になるが、このＴ６は前
述のＴ０と同じ状態であり、上記した動作を繰り返すこ
とになる。次に負荷の電圧が一定に制御される動作を説
明する。負荷の電圧Ｖ０は、ツェナーダイオードＺＤと
抵抗Ｒ５にも加わっている。そして、ツェナーダイオー
ドＺＤの両端電圧は負荷の電圧Ｖ０に拘らず一定である
から基準電圧の役目をし、もし負荷の電圧Ｖ０が上がれ
ば、抵抗Ｒ５の両端電圧が上がる。この抵抗Ｒ５の両端
電圧は抵抗Ｒ２を介してトランジスタＱ２に帰還されて
いる。そのため、ＮＯＴ回路Ｇ２がＨレベルのときを考
えると、抵抗Ｒ５の両端電圧が上がった分だけトランジ
スタＱ２のコレクタ電流が増加し、コンデンサＣ２の電
圧の増加の仕方が鈍ることになる。すなわち、負荷の電
圧Ｖ０が上がるとＮＯＴ回路Ｇ１の入力電圧はなかなか
Ｈレベルにならず、その分だけダイオードＤ１とＦＥＴ
Ｑ１のＯＮ状態の時間が長くなり図３の（ｂ）のＴ１か
らＴ２までの区間τが長くなる。
述のＴ０と同じ状態であり、上記した動作を繰り返すこ
とになる。次に負荷の電圧が一定に制御される動作を説
明する。負荷の電圧Ｖ０は、ツェナーダイオードＺＤと
抵抗Ｒ５にも加わっている。そして、ツェナーダイオー
ドＺＤの両端電圧は負荷の電圧Ｖ０に拘らず一定である
から基準電圧の役目をし、もし負荷の電圧Ｖ０が上がれ
ば、抵抗Ｒ５の両端電圧が上がる。この抵抗Ｒ５の両端
電圧は抵抗Ｒ２を介してトランジスタＱ２に帰還されて
いる。そのため、ＮＯＴ回路Ｇ２がＨレベルのときを考
えると、抵抗Ｒ５の両端電圧が上がった分だけトランジ
スタＱ２のコレクタ電流が増加し、コンデンサＣ２の電
圧の増加の仕方が鈍ることになる。すなわち、負荷の電
圧Ｖ０が上がるとＮＯＴ回路Ｇ１の入力電圧はなかなか
Ｈレベルにならず、その分だけダイオードＤ１とＦＥＴ
Ｑ１のＯＮ状態の時間が長くなり図３の（ｂ）のＴ１か
らＴ２までの区間τが長くなる。
【００２５】以上の関係を説明したのが図４であり、コ
イルに誘起される電圧が異なる場合（Ｖ1 ＜Ｖ2 ＜
Ｖ3 ）、ＶL の波形がどう変わるかを示している。図４
に示すように、コイルに誘起される電圧が大きい程、ス
イッチング素子のＯＮ状態の時間が長くなり（τ1 ＜τ
2 ＜τ3 ）、つまりコンデンサの両端電圧が０ボルトの
期間が長くなり、負荷の電圧が一定値Ｖ0 に制御され
る。なお、破線で示すのは、スイッチング素子が全くＯ
Ｎ状態にならなかった場合（つまり、従来例の図６の回
路と同じ動作をしてτ＝０場合）のコンデンサの両端電
圧であり、コイルの誘起電圧に比例して出力電圧が変化
している。
イルに誘起される電圧が異なる場合（Ｖ1 ＜Ｖ2 ＜
Ｖ3 ）、ＶL の波形がどう変わるかを示している。図４
に示すように、コイルに誘起される電圧が大きい程、ス
イッチング素子のＯＮ状態の時間が長くなり（τ1 ＜τ
2 ＜τ3 ）、つまりコンデンサの両端電圧が０ボルトの
期間が長くなり、負荷の電圧が一定値Ｖ0 に制御され
る。なお、破線で示すのは、スイッチング素子が全くＯ
Ｎ状態にならなかった場合（つまり、従来例の図６の回
路と同じ動作をしてτ＝０場合）のコンデンサの両端電
圧であり、コイルの誘起電圧に比例して出力電圧が変化
している。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る電磁誘
導式非接触電力伝送装置では、電力伝送距離に関係な
く、また負荷や一次側励磁レベル等の変動にかかわらず
負荷に一定の直流電圧を供給できる。また、スイッチン
グ素子に電流が流れているとき、及びその過渡時におい
てその両端電圧が低いので電力損失が少なく、近距離か
ら長距離まで効率のよい電力の伝送ができる。
導式非接触電力伝送装置では、電力伝送距離に関係な
く、また負荷や一次側励磁レベル等の変動にかかわらず
負荷に一定の直流電圧を供給できる。また、スイッチン
グ素子に電流が流れているとき、及びその過渡時におい
てその両端電圧が低いので電力損失が少なく、近距離か
ら長距離まで効率のよい電力の伝送ができる。
【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明の別の一実施例を示す回路図である。
【図３】図２に示す回路の各部の動作波形である。
【図４】図２の回路において入力電圧が変化した場合、
コンデンサＣ１の両端電圧がどう変化するかを示した図
形である。
コンデンサＣ１の両端電圧がどう変化するかを示した図
形である。
【図５】従来例の電力伝送装置を示す回路図である。
【図６】従来例の別の電力伝送装置を示す回路図であ
る。
る。
１ 電力受信コイル ２ コンデンサ ３ 並列共振回路 ４ 平滑コンデンサ ５ 負荷 ６ 電圧検出回路 ７ スイッチング制御回路 Ｓ１ スイッチング素子 Ｓ２ 整流用スイッチング素子 ＶREF 比較基準電圧 φ 一次側からの磁束
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02M 7/21 G05F 1/618
Claims (1)
- 【請求項１】電磁誘導作用によって交流電力の供給を受
けるコイルと、このコイルと並列に接続され並列共振回
路を構成するコンデンサと、この並列共振回路と負荷の
間に直列に接続され、前記並列共振回路の両端電圧を整
流し、負荷に直流電圧を供給する整流素子と、負荷に並
列に接続される平滑コンデンサとからなる電力伝送装置
において、 前記並列共振回路の共振周波数をこの共振回路に入力さ
れる励磁磁界により発生する交流電圧の周波数より高く
するとともに、前記並列共振回路に並列に接続され、前
記並列共振回路の電圧が負から正に変わるとき、ＯＮし
て通電するスイッチング素子と、前記スイッチング素子
のＯＮ時から、負荷電圧の値に対応した時間が経過した
後、前記スイッチング素子をＯＦＦする制御回路とを設
けることを特徴とする電磁誘導式非接触電力伝送装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10564491A JP3254688B2 (ja) | 1991-05-10 | 1991-05-10 | 電磁誘導式非接触電力伝送装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10564491A JP3254688B2 (ja) | 1991-05-10 | 1991-05-10 | 電磁誘導式非接触電力伝送装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04334975A JPH04334975A (ja) | 1992-11-24 |
| JP3254688B2 true JP3254688B2 (ja) | 2002-02-12 |
Family
ID=14413166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10564491A Expired - Lifetime JP3254688B2 (ja) | 1991-05-10 | 1991-05-10 | 電磁誘導式非接触電力伝送装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3254688B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09326736A (ja) * | 1996-06-03 | 1997-12-16 | Mitsubishi Electric Corp | ワイヤレス送受信システム用２次側回路装置およびワイヤレス送受信システム用誘導コイル |
| JP2015202030A (ja) * | 2014-04-02 | 2015-11-12 | 株式会社デンソー | 非接触給電装置及び非接触給電システム |
| CN104158306A (zh) * | 2014-08-22 | 2014-11-19 | 华电北瑞电气(北京)有限公司 | 宽电流范围ct取电装置 |
| CN109417310B (zh) | 2016-08-23 | 2022-06-17 | 株式会社村田制作所 | 受电装置以及输电装置 |
| EP3902098A4 (en) * | 2018-12-19 | 2022-01-26 | Mitsubishi Electric Corporation | CONTACTLESS POWER SUPPLY SYSTEM |
-
1991
- 1991-05-10 JP JP10564491A patent/JP3254688B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04334975A (ja) | 1992-11-24 |
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