JP3493537B2 - 無線電力伝送装置 - Google Patents

無線電力伝送装置

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JP3493537B2 JP27499895A JP27499895A JP3493537B2 JP 3493537 B2 JP3493537 B2 JP 3493537B2 JP 27499895 A JP27499895 A JP 27499895A JP 27499895 A JP27499895 A JP 27499895A JP 3493537 B2 JP3493537 B2 JP 3493537B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電磁誘導を用い
て、非接触の二つの電気回路間で電力およびデータの伝
送を行う無線電力伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の電力伝送装置においては、固定部
から可動部への電力伝送、および可動部から固定部への
データ伝送はスリップリングやコネクタなど有線で行っ
ており、可動部の繰り返し稼働によって、スリップリン
グの磨耗、コネクタの断線などの機械的寿命に起因する
トラブルが多かった。
【０００３】そのため、近年非接触で電磁誘導技術を用
いた無線電力伝送装置が提案された（特開平５−５９６
６０号公報）。この無線電力伝送装置は磁気結合してい
る一組の非接触のコイルを用い、磁力を電力伝送および
データ伝送の媒体とした装置である。
【０００４】このような無線電力伝送装置は、工業用の
ターンテーブルや搬送ラインを移動するパレットとの電
力伝送およびデータ伝送に応用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の無線電力伝送装置においては、固定部と可動部の空隙
が変化すると、送受電コイルのインピーダンスが変化
し、送電コイルによる共振回路の共振周波数、および受
電コイルによる共振回路がそれぞれずれるため、電力伝
送できる送受電コイルの空隙幅が狭くなるという問題点
があった。
【０００６】また可動部を移動体に取り付けた場合、可
動部と固定部が非対向の位置関係にあるときは、送電コ
イルのインピーダンスが小さくなり、コイル電流が増加
するため、送電コイルおよびこの前段に設けられたパワ
ーアンプの電子素子の発熱が大きな問題となる。
【０００７】また上記の理由によって電力の利用効率が
良くないという問題点があった。
【０００８】さらに固定部における送電コイルとデータ
受信コイルの締める領域、および可動部における受電コ
イルとデータ送信コイルの締める領域が大きいため、装
置が大きなものになってしまい、コンパクト化するた
め、送電コイルとデータ受信コイル、受電コイルとデー
タ送信コイルをそれぞれ近づけて配置すると、送電コイ
ルによる磁界の影響で、データ受信コイルにおいて、送
信されたデータを受信しにくくなるという問題があっ
た。
【０００９】加えて可動部から固定部への電力伝送、お
よび可動部から固定部へのデータ伝送ができないという
問題があった。
【００１０】本発明はこのような従来の問題点を解決す
るものであり、コンパクトでしかも広範囲の空隙幅で安
全に使用可能な無線電力伝送装置を提供することを目的
とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１の無線電力伝送装置は、送電コイ
ルを有し、電力を送電する送電手段と、データ受信コイ
ルを有し、送信されたデータを受信するデータ受信手段
とを固定部に設け、受電コイルを有し、前記送電手段よ
り送電された電力を受電し、この受電電力を可動体に取
り付けられた検出器に供給する受電手段と、データ送信
コイルを有し、前記検出器より入力された検出データを
前記データ受信手段に送信するデータ送信手段とを、前
記可動体に取り付けられた可動部に設けたものであっ
て、前記送電コイルと受電コイル、および前記データ受
信コイルとデータ送信コイルを可変な空隙を介してそれ
ぞれ配置し、前記送電コイルの外側にコアを介して前記
データ受信コイルを配置し、前記受電コイルの外側にコ
アを介して前記データ送信コイルを配置し、且つ、前記
データ受信手段に、送電電力検知回路を設けて前記送電
コイルによる送電電力の前記データ受信コイルへの回り
込み成分を前記データ受信コイルによって受電し、この
送電電力の回り込み成分を前記送電電力検知回路によっ
て検知すると共に、前記データ送信手段より送信された
データを受信しているか否かを検知するデータ受信検知
回路を設けて、該データ受信検知回路および前記送電電
力検知回路の検知結果に基づいて、前記送電コイルより
送電する電力を制御するように構成したことを特徴とす
るものである。
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】 請求項２の無線電力伝送装置は、前記固
定部内の温度を検知し、この検知温度が設定値を超える
と、前記固定部に電力供給する外部電源を切る温度検知
器を設けたものである。
【００２１】 請求項３の無線電力伝送装置は、前記受
電手段に、前記受電コイルによって受電した電力を蓄積
する電池を設けたことを特徴とするものである。
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【００３２】従って本発明の請求項１の無線電力伝送装
置によれば、送電コイルの外側にコアを介してデータ受
信コイルを配置し、受電コイルの外側にコアを介してデ
ータ送信コイルを配置することによって、装置をコンパ
クト化することができ、かつデータ受信コイルおよびデ
ータ送信コイルによるデータ伝送において、送電コイル
による送電電力の回り込み成分の影響を減ずることがで
きる。
【００３３】
【００３４】
【００３５】 また、請求項１の無線電力伝送装置によ
れば、データ受信手段に送電電力検知回路を設け、送電
コイルによる送電電力の回り込み成分をデータ受信コイ
ルによって受電し、この回り込み成分を送電電力検知回
路によって検知し、この検知結果に基づいて送電コイル
より送電する電力を制御することによって、送電手段の
発熱を防止することができる。
【００３６】 更に、請求項１の無線電力伝送装置によ
れば、データ受信手段に設けたデータ受信検知回路によ
ってデータ送信手段より送信されたデータを受信してい
るか否を検知し、この検知結果に基づいて送電コイルよ
り送電する電力を制御することによって、送電手段の発
熱を防止することができる。
【００３７】
【００３８】
【００３９】 請求項２の無線電力伝送装置によれば、
温度検知回路によって、固定部内の温度を検知し、この
検知温度が設定値を超えると、固定部と、固定部に電力
供給する外部電源とを切り離すことによって、固定部内
の温度が上昇した場合の事故を防止することができる。
【００４０】 請求項３の無線電力伝送装置によれ
ば、受電コイルによって受電した電力を電池に蓄積する
ことによって、受電電力を効率的に利用することができ
る。
【００４１】
【００４２】
【００４３】 請求項４の無線電力伝送装置によれば、
受電手段において、整流回路によって受電電圧を整流し
て平滑化し、定電圧源回路によって整流回路による直流
電圧から、検出器に供給する直流定電圧を生成し、電圧
検知回路によって定電圧源回路の出力電圧値を検知し、
検知した電圧値が規定値未満のときに、前記検出データ
の送信を停止させることによって、可動部の過負荷、ま
たは固定部と可動部の非対向を固定部に知らせ、送電手
段の発熱を防止することができる。
【００４４】
【００４５】 請求項５の無線電力伝送装置によれば、
送電手段において、増幅回路によって発振回路の出力を
増幅し、増幅回路の出力を入力コンデンサを介して送電
コイルに入力し、入力コンデンサと送電コイルによって
形成される共振回路に関して、固定部と可動部を所定の
距離間隔で対向させたときに、共振回路に入力される電
圧と共振回路に流れる電流の位相ずれが無くなるよう
に、発振回路の発振周波数を設定することによって、送
電電力の利用効率を向上させることができる。
【００４６】
【００４７】
【００４８】
【００４９】
【００５０】
【００５１】
【発明の実施の形態】図１は本発明における送受電コイ
ルおよびデータ送受信コイルの配置を示す説明図であ
る。
【００５２】図１において、１は固定部カップラ、２は
回転体や移動体のような可動体（図示せず）に取り付け
られる可動部カップラである。
【００５３】固定部カップラ１において、３は送電コイ
ル、４はデータ受信コイル、５は送電部、６はデータ受
信部、７はコアをそれぞれ示す。送電コイル３および送
電部５は送電手段を構成し、データ受信コイル４および
データ受信部６はデータ受信手段を構成する。
【００５４】可動部カップラ２において、８は受電コイ
ル、９はデータ送信コイル、１０は受電部、１１はデー
タ送信部、１２はコアをそれぞれ示す。受電コイル８お
よび受電部１０は受電手段を構成し、データ送信コイル
９およびデータ送信部１１はデータ送信手段を構成す
る。
【００５５】送電コイル３はコア７に内蔵され、データ
受信コイル４はコア７の外側に配置される。また受電コ
イル８はコア１２に内蔵され、データ送信コイル９はコ
ア１２の外側に配置される。
【００５６】上記の送受電コイルおよびデータ送受信コ
イルを有する本発明の無線電力伝送装置によれば、送電
コイル３より無線送電された電力は受電コイル８で受電
され、この受電電力を受電部によって、前記可動体に取
り付けられ、前記可動体の位置、前記可動体に物体が載
せられているか否か等を検出する検出器（図示せず）に
供給し、この検出器による検出データをデータ送信部１
１を介してデータ送信コイル９によって送信する。この
送信データはデータ受信コイル４によって受信され、デ
ータ受信部６を介して外部に出力される。
【００５７】尚、ここで電力伝送周波数、すなわち送電
コイル３より送電される電力の周波数は数百ｋＨｚを使
用し、データ伝送の搬送周波数、すなわちデータ送信コ
イル９より送信されるデータの搬送周波数は、電力伝送
の搬送周波数に対して一桁離れた数ＭＨｚを使用してい
る。
【００５８】また電力伝送およびデータ伝送が適正に行
われるのは、送受電コイルおよびデータ送受信コイルが
対向しており、その対向間隔が５〜１０［mm］のときで
ある。
【００５９】このように、送電コイル３および受電コイ
ル８をコア７、１２に内蔵し、データ受信コイル４およ
びデータ送信コイル９をコア７、１２外側に配置するこ
とによって、データ受信コイル４において、送電コイル
３より電力を送電することによる磁界の影響を受けにく
くなり、データ送信コイル９より送信された検出データ
の微弱な磁界を受信しやすくなり、データ送信部１１内
に設けられている、データ受信コイル４によって受信さ
れた信号から前記検出データと送電コイル３より回り込
んだ送信電力成分を分離するフィルター回路（図示せ
ず）の構成を簡略化できる。また固定部カップラ１およ
び可動部カップラ２をコンパクト化できる。
【００６０】次に図２は本発明の第一の実施形態の構成
を示すブロック図である。
【００６１】図２において、１は固定部カップラ、２は
可動部カップラであり、２１は可動体（図示せず）に複
数取り付けられた検出器、２２は各検出器２１−ａ〜２
１−ｈによって入力されたディジタルのパラレルデータ
である検出データをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）
のシリアルデータに変換して可動部カップラ２に出力す
るパラレル／シリアル変換器、２３は固定部カップラ１
より出力されたシリアル検出データを、パラレルデータ
に変換して、すなわち各検出器２１ごとの検出データに
戻して出力するとともに、受信データが正常であるか否
かを判定し、また正常データを受信しているときに表示
灯３７を点灯させるシリアル／パラレル変換器である。
固定部カップラ１および可動部カップラ２は本発明の無
線電力伝送装置を構成する。
【００６２】固定部カップラ１において、２４はサーマ
ルリードスイッチ等であり、外部電源よりシリアル／パ
ラレル変換器２３を介して２４Ｖ直流電圧を電源回路２
５等に供給する電源供給ラインに直列に接続され、固定
部カップラ１内の温度を検知して、この検知温度が設定
値を超えると、前記２４Ｖ直流電圧の電源回路２５等へ
の供給を切る温度検知回路である。
【００６３】２５は電圧切替回路３２によって制御さ
れ、２０［Ｖ］または１０［Ｖ］の直流電圧を出力する
電源回路である。
【００６４】３２は後述する電力検知回路３１またはデ
ータ検知回路３６より電圧切り替え命令が入力されたと
きに、電源回路２５の出力電圧を２０［Ｖ］から１０
［Ｖ］に切り替える電圧切替回路である。
【００６５】２６は数百ｋＨｚの周波数で発振する発振
器を内蔵し、この周波数のパルス信号を出力する発振回
路である。
【００６６】２７は電源回路２５より入力される直流電
圧を電源とし、発振回路２６より入力された周波数、数
百ｋＨｚのパルス信号をｐ−ｐ（peak to peak）で２０
［Ｖ］または１０［Ｖ］の振幅のパルス信号に増幅する
パワーアンプである。
【００６７】２８は送電コイル３とともに共振回路を形
成するためのコンデンサ等によって構成される送電回路
であり、３はほぼ前記パルス信号の周波数に共振周波数
を持つ共振回路を送電回路２８とともに構成し、送電回
路２８を介してパワーアンプ２７より入力されたパルス
信号を可動部カップラ２へ無線送電することによって、
可動部カップラ２、パラレル／シリアル変換器２２、お
よび検出器２３に電力を供給する送電コイルである。
【００６８】温度検知器２４、電源回路２５、電圧切替
回路３２、発振回路２６、パワーアンプ２７、送電回路
２８、および送電コイル３は送電手段を構成する。
【００６９】可動部カップラ２において、８は送電コイ
ル３より無線送電された電力の周波数とずれた周波数に
共振周波数を持つ共振回路を受電回路３８とともに構成
し、送電された電力を受電する受電コイルであり、３８
は受電コイル８とともに共振回路を形成するためのコン
デンサ等によって構成される受電回路である。
【００７０】３９はダイオードブリッジ等によって構成
され、受電された交流電力を整流する整流回路である。
【００７１】４０は整流回路３９より入力された直流電
圧から、通常動作において１２［Ｖ］直流電圧を出力す
る１２Ｖ電源回路である。
【００７２】４１は１２Ｖ電源回路４０の出力電圧をパ
ラレル／シリアル変換器２２、およびパラレル／シリア
ル変換器２２を介して検出器２１に与えるとともに、１
２Ｖ電源回路４０の出力電圧値を検知し、この値が１２
［Ｖ］未満のときに、ＬＥＤランプ等の表示灯４２を消
灯させ、データ送信回路４４にデータ送信停止命令を与
える電圧検知回路である。
【００７３】受電コイル８、受電回路３８、整流回路３
９、１２Ｖ電源回路４０、電圧検知回路４１、および表
示灯４２は受電手段を構成する。
【００７４】次に４３は１２Ｖ電源回路４０より入力さ
れた直流電源を５［Ｖ］に降圧し、この５［Ｖ］直流電
圧をデータ送信回路４４に与えるレギュレータである。
【００７５】４４は、パラレル／シリアル変換器２２よ
り入力された検出器２１によるシリアル検出データによ
って、数ＭＨｚの搬送波を変調し、このシリアル検出デ
ータの変調波を出力する変調回路、および受電コイル９
とともに共振回路を形成するためのコンデンサ等によっ
て構成されるデータ送信回路であり、電圧検知回路４１
よりデータ送信停止命令が与えられたときにはシリアル
検出データによる搬送波の変調を停止する。
【００７６】９はデータ送信回路４４とともに、ほぼ前
記搬送波周波数に共振周波数を持つ共振回路を形成し、
前記変調されたシリアル検出データを固定部カップラ１
に無線送信するデータ送信コイルである。
【００７７】レギュレータ４３、データ送信回路４４、
およびデータ送信コイル９はデータ送信手段を構成す
る。
【００７８】再び固定部カップラ１に戻り、４はほぼ前
記シリアル検出データの変調周波数に共振周波数を持つ
共振回路をデータ受信回路２９とともに構成し、送信さ
れたシリアル検出データの変調波を受信するデータ受信
コイルであり、２９はデータ受信コイル４とともに共振
回路を形成するためのコンデンサ等によって構成される
データ受信回路である。
【００７９】３０はデータ受信コイル４における受信信
号から前記シリアル検出データの変調波と送電コイル３
により回り込んだ送電電力成分を分離し、分離したシリ
アル検出データの変調波を増幅器３３に与え、送電電力
成分を電力検知回路３１に与えるフィルター回路であ
る。
【００８０】３１はコンパレータ等によって構成され、
フィルター回路３０より入力された送電電力成分の電圧
値を検知し、この値が設定値を超えた場合に、電圧切替
回路３１に電圧切り替え命令を与える電力検知回路であ
る。
【００８１】３３はフィルター回路３０より入力された
シリアル検出データの変調波を増幅する増幅器であり、
３４は増幅器３３で増幅されたシリアル検出データの変
調波を検波することによって、シリアル検出データに復
調する検波回路である。
【００８２】３５は検波回路３４より入力されたシリア
ル検出データを整形して、データ検知回路３６およびシ
リアル／パラレル変換器２３に与えるコンパレータ回路
である。
【００８３】３６はコンパレータ回路３５からの入力信
号にＨ（High）レベルの部分があるか否かを調べること
によって、ＰＷＭのシリアル検出データを受信している
か否かを調べ、Ｈレベルの部分がない場合にデータを受
信できていない、すなわちカップラが非対向の位置関係
にあると判断して、電圧切替回路３２に電圧切り替え命
令を与えるとともに、シリアル／パラレル変換器２３に
受信不能検知信号を与えるデータ検知回路である。
【００８４】３７は正常なデータを受信しているとき
に、シリアル／パラレル変換器２３によって点灯される
表示灯である。
【００８５】データ受信コイル４、データ受信回路２
９、フィルター回路３０、電力検知回路３１、増幅器３
３、検波回路３４、コンパレータ回路３５、データ検知
回路３６、および表示灯３７はデータ受信手段を構成す
る。
【００８６】次に上記の構成を有する本発明の第一の実
施形態の動作について説明する。
【００８７】固定部カップラ１において、電源回路２５
によって通常２０［Ｖ］の直流電圧が発振回路２６およ
びパワーアンプ２７に供給されており、発振回路２６は
数百ｋＨｚの周波数のパルス信号を出力し、このパルス
信号はパワーアンプ２７によって増幅され、送電回路２
８を介して、送電コイル３より可動部カップラ２、パラ
レル／シリアル変換器２２、および検出器２１への供給
電力として可動部カップラ２の受電コイル８に無線送電
される。
【００８８】可動部カップラ２において、送電コイル３
より無線送電された電力を受電コイル８によって受電
し、この受電された交流電圧を受電回路３８を介して整
流回路３９に与える。
【００８９】図３は受電コイル８および受電回路３８に
よって構成される共振回路の等価回路である。同図にお
いて、Ｌ2 ´は共振回路における等価インダクタンス、
Ｃ2は等価容量、Ｒ2 は等価抵抗、ＺはＬ2 ´、Ｃ2 、
Ｒ2 による合成インピーダンス、ＲL は受電回路３８後
段の等価負荷抵抗をそれぞれ示している。
【００９０】このとき共振周波数ｆ0 は（数１）によっ
て求められる。
【００９１】
【数１】 図４は受電コイル８および受電回路３８によって構成さ
れる共振回路のインピーダンスＺの周波数特性を示すグ
ラフである。同図において、ｆ0 は共振周波数、ｆ1 は
受電電力の周波数である。
【００９２】従来このｆ0 とｆ1 は等しい値に設定され
ていたが、荷送電コイル３と受電コイル８の対向間隔が
変化すると、両コイルの相互インダクタンスが変化する
ため、Ｌ2 ´の値も変化する。従って例えば対向間隔が
７．５［mm］のときに周波数ｆ0 （＝ｆ1 ）で共振が得
られるようにＣ2 の値を調整していたとすると、ギャッ
プが７．５［mm］からずれると、共振周波数がｆ0 から
変化してしまうため、検出器２１等への供給電力が急激
に変化してしまう。
【００９３】図５は上記における送電コイル３と受電コ
イル８の対向間隔と供給電力の関係を図中ａに示したも
のである。
【００９４】本発明では、送受電コイルの対向間隔によ
って共振周波数が変化してしまうことを逆手にとり、図
４に示すように共振周波数ｆ0 を受電電力の周波数ｆ1
より２０〜３０パーセント大きな値に設定することによ
って、図５のｂに示すように、広い領域で一定値以上の
電力を供給することを実現している。
【００９５】さらに受電電力の周波数ｆ1 における共振
回路のインピーダンスＺを等価負荷抵抗ＲL と等しい値
に設定することによって、供給電力の利用効率の向上を
図っている。
【００９６】図２に戻り、受電コイル８および受電回路
３８によって受電された交流電圧は整流回路３９によっ
て直流電圧に整流され、この直流電圧から１２Ｖ電源回
路４０によって１２［Ｖ］の直流電圧を得る。この１２
［Ｖ］直流電圧は電圧検知回路４１およびレギュレータ
４３に入力され、電圧検知回路４１を介してパラレル／
シリアル変換器２２および検出器２１に供給される。電
圧検出回路４１は１２Ｖ電源回路４０より入力された直
流電圧値を検知し、この値が１２［Ｖ］未満のときに表
示灯４２を消灯させ、データ送信回路４４にデータ送信
停止命令を与える。
【００９７】送受電コイルが対向しており、その対向間
隔が１０［mm］以下であるときは上記のよう１２［Ｖ］
の直流電圧が得られるが、送電コイル３と受電コイル８
が非対向であったり、そのギャップが１０［mm］を超え
たときには、１２Ｖ電源回路４０より出力される直流電
圧は１２［Ｖ］を下回る。また送受電コイルの対向間隔
が１０［mm］以下であるときでも、重い負荷が取り付け
られたときには直流電圧は１２［Ｖ］を下回る。
【００９８】そこで電圧検知回路４１によって１２Ｖ電
源回路４０の出力電圧値を検知し、この値が１２［Ｖ］
未満のときに表示灯４２を消灯させることによって、カ
ップラの非対向や可動部カップラ２における過負荷異常
を知らせることができる。
【００９９】次に検出器２１は、可動部カップラ２パラ
レル／シリアル変換器２２、およびこの検出器２１自体
が取り付けられている可動体（図示せず）の状態や位
置、あるいはこの可動体に物体が載せられているか否か
等を検出し、この検出データをパラレル／シリアル変換
器２２に入力する。パラレル／シリアル変換器２２は各
検出器２１より入力された検出データをディジタルのパ
ラレルデータをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）のシ
リアルデータに変換してデータ送信回路４４に送る。
【０１００】 可動部カップラ２において、１２Ｖ電源
回路４０より出力された直流電源は、レギュレータ４３
によって５［Ｖ］に降圧され、この５［Ｖ］直流電圧は
データ送信回路４４に供給される。データ送信回路４４
において、パラレル／シリアル変換器２２より入力され
た検出器２１によるシリアル検出データによって、数Ｍ
Ｈｚの搬送波を変調し、電圧検知回路４１よりデータ送
信停止命令が入力されていなければ、このシリアル検出
データの変調波をデータ送信コイル９によって固定部カ
ップラ１のデータ受信コイル４に送信し、データ送信停
止命令が入力されている場合は、シリアル検出データに
よる搬送波の変調を停止する。再び固定部カップラ１に
戻り、データ受信コイル４によって、データ受信コイル
４より送信されたシリアル検出データの変調波を受信
し、このシリアル検出データの変調波をデータ受信回路
２９を介してフィルター回路３０に与える。
【０１０１】受信した信号には送電コイル３により回り
込んだ送電電力成分も含まれているため、フィルター回
路３０によってシリアル検出データの変調波と、回り込
んだ送電電力成分を分離し、分離したシリアル検出デー
タの変調波を増幅器３３に与え、送電電力成分を電力検
知回路３１に与える。
【０１０２】フィルター回路３０より出力されたシリア
ル検出データの変調波は、増幅器３３によって増幅さ
れ、検波回路３４によって検波されて、シリアル検出デ
ータに復調され、このシリアル検出データはコンパレー
タ回路３５によって整形され、データ検知回路３６およ
びシリアル／パラレル変換器２３に入力される。
【０１０３】図６は復調されたシリアル検出データの波
形である。同図において、復調されたシリアル検出デー
タはパラレル／シリアル変換器２２によってＰＷＭ変調
されているので、Ｈ（High）レベルの部分がそれぞれ各
検出器２１−ａ〜２１−ｈより出力された検出データに
対応する。例えば図中Ａのデータは検出器２１−ａに対
応し、Ｇのデータは検出器２１−ｈに対応する。またＨ
レベルの幅が広いものは「１」を示し、Ｈレベルの幅が
狭いものは「０」を示し、図中のＡ〜Ｈのように検出器
の数と同数のデータによって一つのシリアル検出データ
が構成される。
【０１０４】送受電コイルの対向間隔が１０［mm］以下
であるときは図６に示すような正常な復調信号が得られ
るが、送受電コイルの対向間隔が１０［mm］を超えた場
合、あるいは電圧検出回路４１よりデータ送信回路４４
にデータ送信停止命令が入力された場合は、復調信号は
常にＨレベルとなる。またカップラが非対向の位置関係
にあり、送信データを受信できないときは、復調信号は
常にＬ（Low ）レベルとなる。
【０１０５】コンパレータ回路３５より出力されたシリ
アル検出データの復調信号は、シリアル／パラレル変換
器２３によってパラレルデータに変換され、各検出器２
１−ａ〜２１−ｈに対応する出力端子から出力される。
【０１０６】次に電力検知回路３１、データ検知回路３
６、および電圧切替回路３２の動作を説明するが、その
前に送電コイル３に流れる電流について説明する。
【０１０７】図７は送電コイル３および受電コイル８に
よって形成される誘導結合回路の等価回路である。同図
において、Ｌ1 は送電コイル３の自己インダクタンス、
Ｒ1は送電コイル３の等価抵抗、Ｉ1 は送電コイル３に
流れる電流、Ｖは送電コイル３に入力される電圧を示
し、Ｌ2 は受電コイル８の自己インダクタンス、Ｒ2 は
受電コイル８の等価抵抗、Ｉ2 は受電コイル８に流れる
電流、ＲL は受電コイル８後段の等価負荷抵抗、Ｍは送
電コイル３と受電コイル８の相互インダクタンス、ｌは
送電コイル３と受電コイル８の対向間隔をそれぞれ示
す。
【０１０８】この等価回路より送電コイル３に流れる電
流Ｉ1 は（数２）によって求められる。
【０１０９】
【数２】相互インダクタンスＭは対向間隔ｌによって変
化し、対向間隔ｌが大きくなると相互インダクタンスＭ
は小さくなる。従って（数２）において、対向間隔ｌが
大きくなると分母の（ｊωＭ）2 が小さくなるので、送
電コイル３のインピーダンスが小さくなり、電流Ｉ1 の
値が大きくなる。
【０１１０】上記の理由によって、送電コイル３と受電
コイル８が対向しており、その対向間隔が１０［mm］以
下であるときは正常に電力の無線送電が行われるが、送
電コイル３と受電コイル８が非対向であったり、対向間
隔が１０［mm］を超えたときに、正常時と同じ電圧を送
電コイル３に与えていると、送電コイル３やパワーアン
プ２７に過大な電流が流れ、送電コイル３やパワーアン
プ２７が発熱する。
【０１１１】また等価負荷抵抗ＲL が小さな値であると
き、すなわち可動部カップラに重い負荷が取り付けられ
たときには、受電コイル８に流れる電流Ｉ2 の値が大き
くなる。
【０１１２】そこで、電力検知回路３１およびデータ検
知回路３６によって、送電コイル３と受電コイル８の非
対向、あるいは対向間隔が適正値を超えた状態を検出
し、電圧切替回路３２によって、電源回路２５の出力電
圧を切り替える。
【０１１３】電力検知回路３１は、フィルター回路３０
より入力された送電電力成分の電圧値を検知し、この値
が設定値を超えた場合に、電圧切替回路３２に電圧切り
替え命令を与える。この設定値は例えば、送電コイル３
に流れる電流が１［Ａ］の時の送電電力成分の電圧値を
予め求めておき、この値を用いる。
【０１１４】一方データ検知回路３６は、コンパレータ
回路３５からの入力信号にＨレベルの部分があるか否か
調べることによって、ＰＷＭのシリアル検出データを受
信しているか否かを調べ、Ｈレベルの部分がない場合に
シリアル検出データを受信できていない、すなわちカッ
プラが非対向の位置関係にあると判断して電圧切替回路
３２に電圧切り替え命令を与えるとともに、シリアル／
パラレル変換器２３に非対向検知信号を送る。
【０１１５】シリアル／パラレル変換器２３は、データ
受信が正常に行われているか否かを、データ検知回路３
６から入力される非対向検知信号の有無、およびコンパ
レータ回路３５から入力される図６に示すようなＰＷＭ
のシリアル検出データより判断する。図６に示すＰＷＭ
のシリアル検出データにおいては、通信が正常に行われ
ていれば、一つのシリアル検出データ内に８個のＨレベ
ルの部分が存在するが、固定部カップラ１とシリアル／
パラレル変換器２３、または移動部カップラ２とパラレ
ル／シリアル変換器２２が離れた位置に設置され、その
配線が長くなる等の理由でノイズがのると、このノイズ
のためにＨレベルの部分の個数が変動する。従って、一
つのシリアル検出データ内におけるＨレベルの部分の個
数をカウントし、このカウント値が異常で、かつデータ
検知回路３６から非対向検知信号が入力されていないと
きは、ノイズ、回路異常等による通信エラーであると判
断する。
【０１１６】またコンパレータ回路３５から入力された
シリアル検出データのＨレベルの部分の個数が正常であ
るときに、表示灯３７を点灯させることによって、デー
タ受信が正常に行われていることを知らせることができ
る。
【０１１７】電力検知回路３１またはデータ検知回路３
６より電圧切り替え命令が出力されると、電圧切替回路
３２によって電源回路２５の出力電圧を２０［Ｖ］から
１０［Ｖ］に切り替えられ、パワーアンプ２７に供給す
る電圧が下がり、従って送電コイル３に与えられる電圧
が下がるので、パワーアンプ２７および送電コイル３に
過大電流が流れることはなく、発熱を防止できる。
【０１１８】図８は上記の電力検知回路３１、データ検
知回路３６、および電圧切替回路３２による電圧制御を
行った場合の送電コイル３に流れる電流Ｉ1 と送受電コ
イルの対向間隔の関係を示すグラフである。
【０１１９】図２に戻り、上記の電力検知回路３１、デ
ータ検知回路３６、および電圧切替回路３２による電圧
制御が何等かの原因によって動作せず固定カップラ１内
の温度が上昇した場合には、温度検検知回路２４によっ
て、固定部カップラ１内の温度が設定温度を超えると、
外部電源より電源回路２５等に供給される２４Ｖ直流電
圧の電源供給ラインを切ることによって事故を防止する
ことができる。上記の設定温度は例えば８０度である。
【０１２０】図９は電源回路２５の出力電圧を切り替え
る各機能と送受電コイルの対向間隔ｌとの関係を示した
説明図である。
【０１２１】図９において、（ａ）は適正電力伝送領域
５〜１０［mm］を示し、（ｂ）はデータ伝送可能領域１
５［mm］以下を示す。このデータ伝送可能領域は適正電
力伝送領域よりも広い領域となるように設定する。
【０１２２】（ｃ）は電力検知回路３１による電圧切り
替え命令の有無を示す。図中「ＯＮ」の部分では電圧切
り替え命令が出力されていることを示し、「ＯＦＦ」の
部分では電圧切り替え命令が出力されていないことを示
し、「ＯＦＦ／ＯＮ」の部分ではＯＦＦ状態とＯＮ状態
を交互に繰り返すことを示す。電圧切り替え命令は例え
ば、送電コイル３に流れる電流が１［Ａ］を超えたとき
に出力される。
【０１２３】（ｄ）はデータ検知回路３６による電圧切
り替え命令の有無を示す。図中「ＯＮ」の部分では、デ
ータを検知できずに電圧切り替え命令が出力されている
ことを示し、「ＯＦＦ」の部分では電圧切り替え命令が
出力されていないことを示す。電圧切り替え命令はカッ
プラの対向間隔がデータ伝送可能領域１５［mm］を超え
ると出力される。
【０１２４】（ｅ）は電圧切替回路３２の動作を示す。
図中「２０Ｖ」の部分では電圧切替回路３２によって電
源回路２５から２０［Ｖ］の電圧が出力されていること
を示し、「１０Ｖ」の部分では電圧切替回路３２によっ
て電源回路２５から１０［Ｖ］の電圧が出力されている
ことを示し、「１０Ｖ／２０Ｖ」の部分では電源回路２
５から１０［Ｖ］と２０［Ｖ］電圧が交互に出力されて
いることを示す。
【０１２５】カップラの対向間隔ｌが適正電力伝送領域
５〜１０［mm］を超え、送電コイル３に１［Ａ］を超え
る電流が流れると、電力検知回路３１より電圧切り替え
命令が出力される。これによって電源回路２５の出力電
圧が１０［Ｖ］に切り替わり、送電コイル３に流れる電
流が１［Ａ］を下回るので、電力検知回路３１より電圧
切り替え命令が出力されなくなる。このようにカップラ
の対向間隔ｌが１０〜１５［mm］のときは、電源回路２
５の出力電圧は１０［Ｖ］と２０［Ｖ］を交互に繰り返
す。
【０１２６】カップラの対向間隔ｌが１５［mm］を超
え、データ伝送可能領域を超えると、電圧送信データを
受信できなきなるため、データ検知回路３６から電圧切
り替え命令が出力され、電圧切替回路３２によって電源
回路２５の出力電圧は１０［Ｖ］に切り替えられ、カッ
プラの対向間隔ｌが無限大となってもこの状態が保持さ
れる。
【０１２７】（ｆ）は固定部カップラ１内の温度が８０
度以上となると、温度検知回路２４によって外部より供
給される２４［Ｖ］直流電源ラインが切られることを示
している。
【０１２８】次に図１０は上記の第一の実施形態に示す
ような無線電力伝送装置のアプリケーションを示す説明
図である。
【０１２９】図１０において、１は固定部カップラ、２
は移動部カップラであり、２１−ａ〜２１−ｄは検出
器、２２はパラレル／シリアル変換器、２３はシリアル
／パラレル変換器である。また５１はターンテーブルで
あり、５２は検出器２１による検出データが入力される
ＰＬＣ（Programmable Logic Controller ）、である。
【０１３０】また次に示す本発明の第二の実施形態のよ
うな無線電力伝送装置にて用いられる他のアプリケーシ
ョンとして、複数の搬送車にそれぞれ可動部カップラを
取り付け、搬送車が固定部カップラを取り付けたステー
ションに停止したときに、電力伝送およびデータ伝送を
行うものが考えられる。
【０１３１】本発明の第二の実施形態について以下に説
明する。実施形態は可動部カップラを複数配置し、可動
部カップラ内に固定部カップラより送電される電力を蓄
電する蓄電池を設け、さらに可動体に取り付けられた電
池等の外部電源を併用する場合に可動部カップラ内の回
路を保護する機能を設けたものである。
【０１３２】図１１は本発明の第二の実施形態の概略構
成を示す説明図である。
【０１３３】図１１において、２は可動部カップラ、１
０は受電部、１１はデータ送信部であり、４はパラレル
／シリアル変換器である。また６１は受電部１０より供
給された直流電圧を蓄電する蓄電池、６２は外部電源６
３からの電流の逆流を防止するためのダイオードであ
る。さらに６４はパラレル／シリアル変換器４内に設け
られ、可動部カップラを識別するために可動部カップラ
アドレスデータを設定するアドレススイッチである。
【０１３４】搬送車やパレットのような移動体に可動部
カップラが取り付けられた場合や、検出器（図示せず）
の負荷が大きく、可動部カップラからの供給電力だけで
は、電力不足となる場合に電池等の外部電源を、受電部
１０の出力端に並列に取り付け、これを併用するが、受
電部１０の出力端の電位が下がり、外部電源の電位がこ
れより高くなると、受電部１０に外部電源から電流が逆
流し、受電部１０内部の回路を破壊することがあるの
で、ダイオード６２を設けて受電部１０の回路を保護す
る。
【０１３５】また蓄電池６１によって、検出器が動作し
ていないときに蓄電することによって上記不足分を補う
ことができる。
【０１３６】さらにアドレススイッチ６４のアドレスデ
ータを各可動部カップラごとに固有の値に設定してお
き、パラレル／シリアル変換器４において、複数の検出
器より入力された検出データからシリアル検出データを
作成する際に、アドレススイッチ６４によるアドレスデ
ータを、このシリアル検出データに付加して出力するこ
とによって、固定部カップラ（図示せず）が取り付けら
れた固定側において、複数の可動部カップラを識別する
ことができる。
【０１３７】次に本発明の第三の実施形態について説明
する。
【０１３８】本実施形態は、送電コイルに流れる電流の
制御を第一の実施形態とは別の方法によって行うもので
ある。すなわち送電コイルに入力するパルス電圧の振幅
を変えるのではなく、デューティーを変えることによっ
て送電電力の切り替えを行い、送電コイルに流れる電流
の制御を行うものである。
【０１３９】図１２は本発明の第三の実施形態において
送電電力の切り替えを行う部分の構成を示す回路図を示
す。
【０１４０】図１２において、３は送電コイル、２６は
発振回路である。
【０１４１】７１は電力検知回路（図示せず）またはデ
ータ検知回路（図示せず）より切り替え命令が入力され
たときに、トランジスタ７５をＯＮさせるデューティー
切替回路である。
【０１４２】２７はトランジスタ７２および７３によっ
て構成されるパワーアンプである。
【０１４３】７４はトランジスタ７５を有し、発振回路
２６よりインバータを介して入力されるパルス波の立ち
下がりを遅延してトランジスタ７１に与える遅延回路で
あり、７６は発振回路２６より入力されるパルス波の立
ち下がりを遅延し、インバータを介してトランジスタ７
２に与える遅延回路である。
【０１４４】次に上記の送電電力の切り替えを行う部分
の動作について説明する。
【０１４５】図１３は図１２に示す回路図の各点におけ
る信号波形を示すものである。
【０１４６】図１３において、（ａ）は発振回路２６の
出力波形、（ｂ）はトランジスタ７２への入力波形、
（ｃ）はトランジスタ７３への入力波形、（ｄ）はパワ
ーアンプ２７の出力波形をそれぞれ示している。（ｂ）
および（ｄ）の破線部はトランジスタ７５がＯＦＦであ
るときの波形である。
【０１４７】遅延回路７６は発振回路２６より入力され
た図１３（ａ）に示す波形の立ち下がり部分を遅延させ
る。この遅延回路７６より出力されたパルス波はインバ
ータによって反転され、図１３（ｃ）に示すパルス波が
トランジスタ７３のベースに入力される。
【０１４８】一方遅延回路７４は出力された図１３
（ａ）に示す波形は、発振回路２６よりインバータを介
して入力された、図１３（ａ）に示す波形の反転波形の
立ち下がり部分を遅延させる。この遅延回路７４より出
力されたパルス波は、トランジスタ７５がＯＦＦのとき
は、図１３（ｂ）の破線で示したパルス波であり、この
パルス波がトランジスタ７２のベースに入力される。
【０１４９】トランジスタ７２は入力パルスがＬレベル
の時にＯＮし、トランジスタ７２入力パルスがＨレベル
の時にＯＮするので、パワーアンプ２７の出力波形は図
１３（ｄ）の破線で示したものとなる。図１３（ｄ）の
破線で示した波形のデューティーは、遅延回路７４と遅
延回路７６の時定数が同じであれば５０パーセントとな
る。
【０１５０】次にデューティー切替回路７１によってト
ランジスタ７５がＯＮすると、遅延回路７４のコンデン
サ容量が増え、時定数が大きくなるので、遅延回路７４
より出力されるパルス波は図１３（ｂ）の実線で示した
ものとなる。従ってパワーアンプ２７の出力波形は図１
３（ｄ）の実線で示したものとなり、デューティーは５
０パーセントを下回る。
【０１５１】このように送電コイル３に入力するパルス
電圧のデューティーを５０パーセントより小さくするこ
とによってパワーアンプ２７および送電コイル３に過大
電流が流れることはなく、発熱を防止できる。
【０１５２】尚、デューティー切替回路７１によって、
トランジスタ７５をＯＮさせ遅延回路７４の時定数を大
きくすると同時に、遅延回路７６の時定数を減少させる
ような構成とすれば、デューティーの変化をさらに大き
くすることができる。
【０１５３】次に上記の送電電力の切り替えを行う部分
の動作について説明する。
【０１５４】次に本発明の第四の実施形態について説明
する。
【０１５５】本実施形態は、送電部のパワーアンプにお
いて、その出力段であるコンプリメンタリプッシュプル
増幅回路を構成するＭＯＳ−ＦＥＴのスイッチング時間
を短縮することにより、パワーアンプからの発熱を低減
し、また発振回路の発振周波数を可変とし、この発振周
波数を所定の状態が得られるように調整することによ
り、広範囲の領域（カップラ対向距離間隔）において効
率的に電力を伝送するものである。
【０１５６】図１４は本発明の第四の実施形態における
送電部および受電部の構成を示す図である。
【０１５７】図１４において、５は送電部、３は送電コ
イル、８受電コイル、１０は受電部である。
【０１５８】送電部５において、２６は発振回路、８１
は発振回路２６の発振周波数を可変するための可変抵
抗、７４および７６は第三の実施形態において説明した
遅延回路（ただしデューティ切り替え部は図示せず）、
８２はパワーアンプ、８３は入力コンデンサ（図２の送
電回路２８に該当）である。
【０１５９】受電部１０において、３９は整流回路、４
０は１２Ｖ電源回路である。
【０１６０】パワーアンプ８２は、固定抵抗Ｒ3 および
Ｒ4 、ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴであるＴｒ1 およびＴ
ｒ3 、ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴであるＴｒ2 、ＮＰＮ
形バイポーラトランジスタＴｒ4 、ダイオードＤ1 、バ
イパスコンデンサＣ3 によって構成されている。
【０１６１】図１５はＴｒ4 、Ｄ1 、およびＣ3 が付加
されていない通常のパワーアンプの構成を示す回路図で
あり、図１６は図１４に示す本実施形態のパワーアンプ
（図１４のパワーアンプ８２）の構成を示す回路図であ
る。
【０１６２】図１５および図１６においてＣgsはＴｒ2
のゲート−ソース間容量を示している。
【０１６３】また図１７は図１５に示す通常のパワーア
ンプの各点における信号波形を示すものであり、図１８
は図１６に示す本実施形態のパワーアンプの各点におけ
る信号波形を示すものである。
【０１６４】図１７において、（ａ）は図１５に示すパ
ワーアンプの入力端子ＩＮ1 ´における波形、（ｂ）は
図１５に示す図パワーアンプの入力端子ＩＮ2 ´および
Ｔｒ3 のゲート端子Ｇ2 ´おける波形、（ｃ）は図１５
に示すＴｒ2 のゲート端子Ｇ1 ´における波形をそれぞ
れ示している。
【０１６５】また図１８において、（ａ）は図１６に示
すパワーアンプの入力端子ＩＮ1 における波形、（ｂ）
は図１５に示す図パワーアンプの入力端子ＩＮ2 および
にＴｒ3 のゲート端子Ｇ2 おける波形、（ｃ）は図１５
に示すＴｒ2 のゲート端子Ｇ1 における波形をそれぞれ
示している。
【０１６６】次に図１５に示す通常のパワーアンプの動
作について、図１８を参照しながら説明する。
【０１６７】入力端子ＩＮ1 ´がＬｏｗレベル（以下
「Ｌ−レベル」と表示する）からＨｉｇｈレベル（以下
「Ｈ−レベル」と表示する）になると、Ｔｒ1 がＯＮ
し、Ｃgsは（Ａ）´の経路で充電され、Ｇ1 ´はＨ−レ
ベル（電源ＶＤＤのレベル）からＬ−レベルとなり、Ｔ
ｒ2 のゲート−ソース間に電位差が生じて、Ｔｒ2 はＯ
Ｎする。
【０１６８】また同時に入力端子ＩＮ2 ´およびＴｒ3
のゲート端子Ｇ2 ´は、Ｈ−レベルからＬ−レベルとな
り、Ｔｒ3 のゲート−ソース間容量（図示せず）は放電
し、Ｔｒ3 のゲート−ソース間は同じ電位となり、Ｔｒ
3 はＯＦＦする。
【０１６９】このときＣgsを充電する経路（Ａ）´に抵
抗Ｒ2 があるため、Ｃgsの充電速度は遅く、Ｔｒ2 のゲ
ート端子Ｇ1 ´の立ち下がり波形は図１７（ｃ）に示す
ように鈍り、Ｔｒ2 のＯＦＦからＯＮへのスイッチング
時間はＴｒ3 のそれに比べて長くなる。
【０１７０】次に入力端子ＩＮ1 ´がＨ−レベルからＬ
−レベルになると、Ｔｒ1 がＯＦＦし、Ｃgsは抵抗Ｒ1
を通して放電し、Ｇ1 ´はＬ−レベルからＨ−レベル
（電源ＶＤＤのレベル）となり、Ｔｒ2 のゲート−ソー
ス間は同電位となり、Ｔｒ2 はＯＦＦする。
【０１７１】また同時に入力端子ＩＮ2 ´およびＴｒ3
のゲート端子Ｇ2 ´は、Ｌ−レベルからＨ−レベルとな
り、Ｔｒ3 のゲート−ソース間容量（図示せず）は充電
され、Ｔｒ3 のゲート−ソース間に電位差を生じて、Ｔ
ｒ3 はＯＮする。
【０１７２】このときＣgsの放電経路に抵抗Ｒ1 がある
ため、Ｃgsの放電速度は遅く、Ｔｒ 2 のゲート端子Ｇ1
´の立ち上がり波形も図１７（ｃ）に示すように鈍り、
Ｔｒ2 のＯＮからＯＦＦへのスイッチング時間もＴｒ3
のそれに比べて長くなる。
【０１７３】ＭＯＳ−ＦＥＴの消費電力は、スイッチン
グ時間に依存し、スイッチング時間が長いほど消費電力
も大きくなり、発熱量も大きくなる。
【０１７４】従ってＭＯＳ−ＦＥＴの発熱を低減するた
めには、そのスイッチング時間を短縮する必要がある
が、Ｔｒ2 はスイッチング時間が長いので、発熱量もＴ
ｒ3 に比べて大きく、問題となる。
【０１７５】Ｔｒ2 の発熱低減する方法として、Ｒ1 お
よびＲ2 の値を小さくすることが考えられるが、この場
合Ｒ1 およびＲ2 からの発熱が増大するという問題を生
じてしまう。
【０１７６】図１６に示す本実施形態のパワーアンプ
は、Ｒ1 およびＲ2 の値を変えずに、Ｔｒ4 、Ｄ1 、お
よびＣ3 を付加することにより、Ｔｒ2 のスイッチング
時間の短縮を図ったものであり、その動作について、図
１８を参照しながら説明する。
【０１７７】入力端子ＩＮ1 がＬ−レベルからＨ−レベ
ルになると、Ｔｒ1 がＯＮし、Ｃgsは（Ａ）の経路で充
電され、Ｔｒ2 はＯＮする。
【０１７８】経路（Ａ）において、Ｃgsの充電電流は抵
抗Ｒ2 をバイパスし、Ｃ3 を通して流れるため、Ｃgsは
速やかに充電され、Ｔｒ2 のゲート端子Ｇ1 の立ち下が
り波形は図１８（ｃ）に示すように矩形となり、図１５
のパワーアンプに比べてＴｒ2 のＯＦＦからＯＮへのス
イッチング時間が短縮される。
【０１７９】次に入力端子ＩＮ1 がＨ−レベルからＬ−
レベルになると、Ｔｒ1 がＯＦＦし、Ｒ1 を通るＣgsの
放電電流によってＴｒ4 がＯＮし、放電電流はＴｒ4 に
より増幅されるため、Ｃgsは速やかに放電し、Ｔｒ2 の
ゲート端子Ｇ1 の立ち上がり波形も図１８（ｃ）に示す
ように矩形となり、Ｔｒ2 のＯＦＦからＯＮへのスイッ
チング時間も短縮される。
【０１８０】このようにパワーアンプに、Ｔｒ4 、
Ｄ1 、およびＣ3 を付加して、Ｔｒ2 のスイッチング時
間の短縮を図ることにより、固定部カップラにおける発
熱を低減することができる。
【０１８１】次に図１４に戻り、可変抵抗８１による発
振周波数の調整について以下に説明する。
【０１８２】図１４において、入力コンデンサ８３と送
電コイル３によって直列共振回路が形成されるが、入力
コンデンサ８３の容量値をＣ1 、送電コイル３の等価自
己インダクタンスをＬ1 、共振回路の内部抵抗値をｒ、
共振回路に入力される信号の周波数をｆi とすると、こ
の共振回路のインピーダンスＺは（数３）となり、また
共振周波数ｆ0 ´は、（数４）となる。
【０１８３】
【数３】
【０１８４】
【数４】 そしてｆi ＝ｆ0 ´のとき、Ｚ＝ｒとなり、入力電圧Ｖ
i と共振回路を流れる電流Ｉi は同位相となり、かつ電
流Ｉi は最大となり、このとき最も効率よく電力伝送を
行うことができる。
【０１８５】従って、入力電圧Ｖi と電流Ｉi が同位相
となるように、可変抵抗８１によって発振回路２６の発
振周波数ｆi を設定すればよい。
【０１８６】すなわち図１４の点Ａを流れる電流波形
（電流Ｉi ）と点Ｂの電圧波形（入力電圧Ｖi ）を観測
し、両波形が同位相となるように可変抵抗８１を調整す
る。
【０１８７】図１９は上記の発振周波数ｆi の調整の様
子を示すものである。
【０１８８】図１９において、９１は入力された電流を
電圧に変換して出力する電流測定器、９２はオシロスコ
ープ、９３は可変抵抗８１を調整するためのドライバで
ある。
【０１８９】図１４の点Ａの部分に電流プローブを接続
し、この電流プローブの他端を電流測定器９１に接続
し、電流測定器９１において、電流プローブにより取り
込まれた電流を電圧に変換し、この電圧変換された電流
Ｉi の波形をオシロスコープ９２で観測する。
【０１９０】また図１４の点Ｂに電圧プローブを接続
し、入力電圧Ｖi の波形をオシロスコープ９２で観測す
る。
【０１９１】電流Ｉi および入力電圧Ｖi の波形は、発
振周波数ｆi と共振周波数ｆ0 ´の大小関係によって、
図２０に示す三通りの状態のいずれかになる。
【０１９２】図２０はオシロスコープ９２に表示された
電流Ｉi および入力電圧Ｖi の波形を示しており、
（ａ）はｆi ＝ｆ0 ´ときの波形、（ｂ）はｆi ＜ｆ0
´ときの波形、（ｃ）はｆi ＞ｆ0 ´ときの波形をそれ
ぞれ示している。
【０１９３】作業者は電流Ｉi の波形と入力電圧Ｖi の
波形が図２０（ａ）に示す関係になるように、ドライバ
ー９３で可変抵抗８１を調整する。
【０１９４】上記のように発振周波数ｆi を調整するこ
とにより、効率よく電力伝送を行うことができる。
【０１９５】またｆi ＝ｆ0 ´（図２０（ａ））のとき
は、図１４の１２Ｖ電源回路４０に入力される直流電圧
Ｖ0 も最大となる。
【０１９６】従って図２１に示すように、図１４の点Ｃ
の電圧値を電圧計１０１にモニタし、直流電圧Ｖ0 が最
大になるようにドライバー９３で可変抵抗８１を調整す
る。
【０１９７】 このように直流電圧Ｖ0 をモニタするこ
とにより、発振周波数ｆi の調整を容易かつ正確に行う
ことができ、効率よく電力伝送を行うことができる。
【０１９８】尚、送電コイル３の等価自己インダクタン
スＬ1 が両カップラ間の対向距離間隔によって変化する
ため、両カップラ間の対向距離間隔が変わると、インピ
ーダンスＺの値も変化してしまう。
【０１９９】従って発振周波数ｆi の調整する際に、両
カップラ間の対向距離間隔を電力伝送可能な最大距離間
隔の半分の距離間隔に設定しておけば、適正電力伝送領
域を最大範囲に設定することができる。
【０２００】また可動部カップラの負荷（図２に示す検
出器２１）が大きいほど、両カップラ間の対向距離間隔
が発振周波数ｆi を調整したときの対向距離間隔から変
化したときの電流Ｉi の波形と入力電圧Ｖi の波形の位
相ずれは顕著になる。
【０２０１】従って発振周波数ｆi の調整する際に、可
動部カップラを最大負荷状態（検出器２１を全点灯した
状態）にしておけば、発振周波数ｆi の設定を正確に行
うことができる。
【０２０２】
【発明の効果】本発明は上記実施例より明らかなよう
に、固定部において、送電コイルの外側にコアを介して
データ受信コイルを配置し、可動部において、受電コイ
ルの外側にコアを介してデータ送信コイルを配置するこ
とによって、装置をコンパクト化することができ、かつ
データ伝送において、送電コイルによる送電電力の回り
込み成分の影響を減ずることができるという効果を有す
る。
【０２０３】また受電手段の共振回路の共振周波数を、
送電電力の周波数周波数より高い所に設定することによ
って、適正電力伝送領域を広げることができ、さらにこ
の共振回路のインピーダンスを負荷インピーダンスに近
い値とすることによって、送電電力の利用効率を向上さ
せることができるという効果を有する。
【０２０４】また送電コイルによる送電電力の回り込み
成分をデータ受信コイルを介して送電電力検知回路によ
って検知し、また送信データを受信しているか否かをデ
ータ受信検知回路によって検知し、この送電電力検知回
路およびデータ受信検知回路による検知結果に基づい
て、送電電力を制御することによって、送電手段の発熱
を防止することができるという効果を有する。
【０２０５】また上記の送電電力の制御が何等かの原因
によって正常に行われず、固定部内の温度が上昇した時
には温度検知回路によって、周囲温度を検知し、この検
知温度が設定値を超えた場合に外部電源と固定部を切り
離し、固定部への電力供給を遮断することによって、事
故を防止することができるという効果を有する。
【０２０６】また可動部において、受電電圧検知回路に
よって受電電圧値を検知し、この値が規定値未満のとき
に、データ送信を停止し、可動部の表示灯を消灯させる
ことによって、可動部の過負荷、または固定部と可動部
の非対向を知らせることができ、固定部において、正常
なデータが受信されているときに表示灯を点灯させるこ
とによって、データ受信が正常に行われているか否かを
知らせることができるという効果を有する。
【０２０７】また可動部において、受電電力を蓄積する
電池をもうけることによって、受電電力を有効に利用す
ることができ、受電部の出力端に逆流防止ようのダイオ
ードを設けることによって、外部電源を併用する場合に
受電手段内の回路を保護することができるという効果を
有する。
【０２０８】最後に複数の可動部を複数の可動体にそれ
ぞれ配置した場合に、各可動体に可動部を識別するため
のアドレススイッチを設け、このアドレススイッチによ
るアドレスデータを検出器による検出データとともに送
信することによって、固定部側において可動部を識別す
ることができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における送受電コイルおよびデータ送受
信コイルの配置を示す説明図である。
【図２】本発明の第一の実施形態の構成を示すブロック
図である。
【図３】受電コイルによる共振回路の等価回路である。
【図４】送受電コイルの対向間隔と供給電力の関係を示
すグラフである。
【図５】受電コイルによる共振回路のインピーダンスの
周波数特性を示すグラフである。
【図６】復調されたシリアル検出データを示すタイムチ
ャートである。
【図７】送受電コイルによって形成される誘導結合回路
の等価回路である。
【図８】本発明における送電コイルに流れる電流と送受
電コイルの対向間隔の関係を示すグラフである。
【図９】本発明における送電コイルに与える電圧を切り
替える各機能と送受電コイルの対向間隔ｌとの関係を示
した説明図である。
【図１０】無線電力伝送装置のアプリケーションの一例
を示す説明図である。
【図１１】本発明の第二の実施形態の概略構成を示す説
明図である。
【図１２】本発明の第三の実施形態において送電電力の
切り替えを行う部分の構成を示す回路図である。
【図１３】図１２に示す回路図の各点における信号波形
図である。
【図１４】本発明の第四の実施形態における送電部およ
び受電部の構成を示す図である。
【図１５】送電部における通常のパワーアンプの構成を
示す回路図である。
【図１６】本発明の第四の実施形態の送電部におけるパ
ワーアンプの構成を示す回路図である。
【図１７】図１５に示す通常のパワーアンプおよびの各
点における信号波形図である。
【図１８】図１６に示す本発明の第四の実施形態のパワ
ーアンプの各点における信号波形図である。
【図１９】本発明の第四の実施形態における発振周波数
ｆi の調整の様子を示す図である（送電部における調
整）。
【図２０】本発明の第四の実施形態の送電部に形成され
た直列共振回路における入力電圧波形と電流波形を示す
図である。
【図２１】本発明の第四の実施形態における発振周波数
ｆi の調整の様子を示す図である（受電部における調
整）。
【符号の説明】
１ 固定部カップラ ２ 可動部カップラ ３ 送電コイル ４ データ受信コイル ５ 送電部 ６ データ受信部 ７、１２ コア ８ 受電コイル ９ データ送信コイル １０ 受電部 １１ データ送信部 ２１ 検出器 ２２ パラレル／シリアル変換器 ２３ シリアル／パラレル変換器 ２４ 温度検知回路 ２５ 電源回路 ２６ 発振回路 ２７ パワーアンプ ２８ 送電回路 ２９ データ受信回路 ３０ フィルター回路 ３１ 電力検知回路 ３２ 電圧切替回路 ３３ 増幅回路 ３４ 検波回路 ３５ コンパレータ回路 ３６ データ検知回路 ３７、４７ 表示灯 ３８ 受電回路 ３９ 整流回路 ４０ １２Ｖ電源回路 ４１ 電圧検知回路 ４３ レギュレータ ４４ データ送信回路
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−177803（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−216536（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−122246（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−74138（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−67990（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−104325（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−152385（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−24587（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−210828（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−4444（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04B 5/00 - 5/02

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 送電コイルを有し、電力を送電する送電
    手段と、データ受信コイルを有し、送信されたデータを
    受信するデータ受信手段とを固定部に設け、 受電コイルを有し、前記送電手段より送電された電力を
    受電し、この受電電力を可動体に取り付けられた検出器
    に供給する受電手段と、データ送信コイルを有し、前記
    検出器より入力された検出データを前記データ受信手段
    に送信するデータ送信手段とを、前記可動体に取り付け
    られた可動部に設けた無線電力伝送装置であって、 前記送電コイルと受電コイル、および前記データ受信コ
    イルとデータ送信コイルを可変な空隙を介してそれぞれ
    配置し、前記送電コイルの外側にコアを介して前記デー
    タ受信コイルを配置し、前記受電コイルの外側にコアを
    介して前記データ送信コイルを配置し、且つ、 前記データ受信手段に、送電電力検知回路を設けて前記
    送電コイルによる送電電力の前記データ受信コイルへの
    回り込み成分を前記データ受信コイルによって受電し、
    この送電電力の回り込み成分を前記送電電力検知回路に
    よって検知すると共に、前記データ送信手段より送信さ
    れたデータを受信しているか否かを検知するデータ受信
    検知回路を設けて、該データ受信検知回路および前記送
    電電力検知回路の検知結果に基づいて、前記送電コイル
    より送電する電力を制御するように構成し たことを特徴
    とする無線電力伝送装置。
  2. 【請求項２】 前記固定部内の温度を検知し、この検知
    温度が設定値を超えると、前記固定部に電力供給する外
    部電源を切る温度検知器を設けたことを特徴とする請求
    項１記載の無線電力伝送装置。
  3. 【請求項３】 前記受電手段に、前記受電コイルによっ
    て受電した電力を蓄積する電池を設けたことを特徴とす
    る請求項１又は２記載の無線電力伝送装置。
  4. 【請求項４】 前記受電手段に、前記定電圧源回路の出
    力電圧値を検知し、検知した電圧値が規定値未満のとき
    に、前記検出データの送信を停止させる電圧検知回路を
    設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に
    記載の無線電力伝送装置。
  5. 【請求項５】 前記送電手段に、送電電力の発振源とな
    る発振回路と、前記発振回路の出力を増幅する増幅回路
    と、前記増幅回路の出力を前記送電コイルに入力する入
    力コンデンサとを設けて、前記入力コンデンサと前記送
    電コイルによって形成される共振回路に関して、前記固
    定部と前記可動部を所定の距離間隔で対向させたとき
    に、前記共振回路に入力される電圧と前記共振回路に流
    れる電流の位相ずれが無くなるように、前記発振回路の
    発振周波数を設定したことを特徴とする請求項１乃至４
    のいずれか一に記載の無線電力伝送装置。
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