JP4200257B2 - 非接触電力伝達装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触電力伝達装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
分離着脱自在なトランスを含む高周波インバータによる電磁誘導作用を利用した非接触電力伝達の実用化が広く行われるようになった。非接触・無接点のメリットとして、第1に、金属接点が露出していないことによる信頼性と安全性の向上が上げられるが、その他のメリットとして、分離着脱自在なトランスの1次コイルと2次コイルとを置くだけ、合わせるだけで電力伝達を行うことができ、金属接点結合のように力を入れて圧接する必要がないことが挙げられる。これは、1次コイルを有する給電側である1次側と、2次コイルを有する負荷側である2次側との着脱が大変容易になることであり、例えば1次側の給電部を床上に設置している場合、2次側の受電部を1次側の給電部におくだけでよく、したがって省力化を行うことができる。
【0003】
また、窓ガラスなどの絶縁物を介して電力を屋内から屋外に伝達する場合には、窓ガラスは広いため1次コイルを吸盤等で窓ガラスの任意の箇所に張り付け、窓ガラスの外側に1次コイルに対向して2次コイルを吸盤等で張り付ければよい。
【0004】
この非接触送電、非接触充電のように電磁誘導作用を利用した非接触電力伝達装置は非常に便利であるが、デメリットとして1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係を、ガイド等を用いて精度良く保つ必要があり、この位置関係が少しずれると出力が大きく低下する問題があった。
【0005】
図14に示す従来の非接触電力伝達装置は、直流電源あるいは交流電源を整流した直流電源10と、スイッチング素子を有しスイッチング素子をスイッチングさせることで直流電源10からの直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路3と、コイル5cとコア5eとからなりインバータ回路3から高周波電圧を印加される1次コイル5aと、コイル5dとコア5fとからなり1次コイル5aにより高周波電圧を誘起される2次コイル5bと、2次コイル5bに誘起される高周波電圧を整流平滑して負荷電圧Voを出力する整流平滑回路6と、負荷電圧Voを供給される負荷9とから構成される。そして、1次コイル5aと2次コイル5bとは、互いが分離着脱自在な構造を有するトランス5を構成し、1次コイル5a、2次コイル5bの軸方向をZ方向、Z方向に直交する方向をX方向、Z方向及びX方向に直交する方向をY方向、X−Y平面上の回転角をθとする。ここで、1次コイル5aと2次コイル5bとを、互いに対向配置させた状態で、1次コイル5aと2次コイル5bとの軸方向を一致させてX=0mm、Y=0mmとし、1次コイル5aと2次コイル5bとのZ方向の間隔をZ=2mmとし、その位置で最も負荷電圧Voが大きいときの回転角をθ=0度として、その位置を基準位置とする。
【0006】
このとき、X方向、Y方向、Z方向、回転角θの位置を、各々単独に変化させたときの負荷電圧Voの変化を図15〜18に示す。X方向、Y方向、Z方向、回転角θの全てにおいて、基準位置からのずれが大きくなればなるほど負荷電圧Voは低下し、X方向、Y方向、Z方向、回転角θの変位量に反比例している。これは、1次コイル5aと2次コイル5bとの磁気結合度が小さくなるために起こるものであり、通常、回路方式には依存しない共通の性質である。図14では、1次コイル5a及び2次コイル5bは、X方向の長さが40mm、Y方向の長さが28mmの大きさを有しているが、この場合で1次コイル5aと2次コイル5bとの相対的な位置関係のずれは、最大でも1mm程度までが限界であった。
【0007】
図14に示す非接触電力伝達装置よりも、さらに大きな位置ずれを許容させるには、図19に示す非接触電力伝達装置を用いる。図19に示す回路は、交流電源8からの交流入力を直流に変換するコンバータ回路2と、スイッチング素子を有しスイッチング素子をスイッチングさせることでコンバータ回路2からの直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路3と、インバータ回路3から高周波電圧を印加される1次コイル5aと、1次コイル5aにより高周波電圧を誘起される2次コイル5b(1次コイル5aと2次コイル5bとは、互いが分離着脱自在な構造を有するトランス5を構成する)と、2次コイル5bに誘起される高周波電圧を整流平滑して負荷電圧Voを出力する整流平滑回路6と、負荷電圧Voを供給される負荷9とからなる前記図14と略同様の回路に、負荷電圧Voを検出し、検出結果に応じて1次側に検出信号をフィードバックする負荷電圧検出回路7と、負荷電圧検出回路7からフィードバックされた検出信号に応じて1次コイル5aの両端電圧V1の周波数や振幅を可変制御させる信号をインバータ回路3に出力するスイッチング制御回路4を付加して、負荷電圧Voを安定させるものである。または、2次側に出力を安定させる安定化回路を単独に設けてもよい。しかし、これらの方法では、フィードバック制御を行うための回路や安定化回路を付加するために回路サイズ及び部品コストが増大するという問題がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、2次側から1次側へのフィードバック制御や2次側安定化回路を設けずに、少ない部品の回路を付加することで、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても2次側の出力を容易に安定させることができる非接触電力伝達装置の実現が望まれていた。
【0009】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、2次側の出力を容易に安定させることができる低コストの非接触電力伝達装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、1次コイルと前記1次コイルによって電圧を誘起される2次コイルとが分離着脱自在な構造を有するトランスを含み、前記1次コイルに並列もしくは直列に第1のコンデンサを接続し、前記2次コイルに負荷整合用の第2のコンデンサを接続して、前記1次コイルと第1のコンデンサとの共振作用による自由振動を利用した部分共振インバータ回路と、前記2次コイルの出力側に設けた負荷とで構成され、前記1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係の変化に伴う前記1次コイル側の磁気特性の変化に応じて、前記1次コイルに印加される電圧の周波数、振幅のうち少なくともいずれか一方を変化させて、前記2次コイルが負荷に供給する電圧または電流が所定値となるように、前記第1のコンデンサおよび第2のコンデンサの静電容量値を設定することを特徴とし、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、1次コイルに印加される電圧の周波数、振幅のうち少なくともいずれか一方を変化させて、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができ、また回路サイズ及び部品コストが増大することなく1次コイルと2次コイルとの位置決めの許容範囲が広がり、従来、位置決めのために必要としていたガイドを不要にしたり、ガイドをゆるめにすることができ、使い勝手を向上させることができる。また、負荷に出力可能な有効電力を増大させることができる。
【0011】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、2次コイルの出力側に、前記2次コイルの誘起電圧を整流するための整流回路を接続したことを特徴とし、2次コイルの誘起電圧を整流することができる。
【0012】
請求項3の発明は、請求項2の発明において、2次コイルは、センタータップを備え、整流回路は、前記2次コイルのセンタータップではない両出力端に直列に且つ互いに逆方向に接続する整流素子の前記2次コイルに接続していない各他端同士を接続した全波整流回路であることを特徴とし、整流回路を小型化することができ、また発熱を低減することができる。
【0013】
請求項4の発明は、請求項2または3の発明において、整流回路の出力側に電流平滑用のリアクトルを接続したことを特徴とし、2次側の負荷電流を平滑することができる。
【0014】
請求項5の発明は、請求項1乃至4いずれかの発明において、1次コイルと2次コイルとは互いに対向配置されていることを特徴とし、分離着脱自在なトランスを構成することができる。
【0015】
請求項6の発明は、請求項1乃至5いずれかの発明において、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係の変化は、前記1次コイルと2次コイルとの磁気結合面に対して垂直方向の距離の変化であることを特徴とし、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が磁気結合面に対して垂直方向に変化した場合に、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【0016】
請求項7の発明は、請求項1乃至5いずれかの発明において、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係の変化は、前記1次コイルと2次コイルとの磁気結合面に対して水平方向の距離の変化であることを特徴とし、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が磁気結合面に対して水平方向に変化した場合に、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【0017】
請求項8の発明は、請求項1乃至5いずれかの発明において、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係の変化は、前記1次コイルに対する前記2次コイルの回転方向の角度の変化であることを特徴とし、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係の変化が回転方向の角度の変化である場合に、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【0018】
請求項9の発明は、請求項1乃至8いずれかの発明において、インバータ回路は、ハーフブリッジ構成であることを特徴とし、ハーフブリッジ構成のインバータ回路を用いて、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【0019】
請求項10の発明は、請求項1乃至9いずれかの発明において、1次コイルに印加される電圧が自由振動を行わない非共振期間は、一定時間であり、前記1次コイルに印加される電圧が自由振動を行う部分共振期間は、前記1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係の変化に伴う前記1次コイル側の磁気特性の変化に応じて変化することを特徴とし、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【0020】
請求項11の発明は、請求項1乃至10いずれかの発明において、負荷は、定電圧負荷であることを特徴とし、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、2次側の定電圧負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【0021】
請求項12の発明は、請求項1乃至11いずれか記載の発明において、1次コイルと2次コイルとは絶縁物を介して配置され、前記1次コイルの配置位置が不特定であることを特徴とし、1次コイルの配置位置が不特定で、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【0022】
請求項13の発明は、請求項12の発明において、1次コイルの配置位置が時間に応じて変動することを特徴とし、1次コイルの配置位置が時間に応じて変動して、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【0023】
請求項14の発明は、請求項1乃至11いずれかの発明において、1次コイルと2次コイルとは絶縁物を介して配置され、前記1次コイルの配置位置は固定、前記2次コイルの配置位置は時間に応じて変動することを特徴とし、2次コイルの配置位置が時間に応じて変動して、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【0024】
請求項15の発明は、請求項12乃至14いずれかの発明において、絶縁物は、ガラスであることを特徴とし、1次コイルと2次コイルとの間にガラスをはさんで電力伝達を行う場合に、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【0025】
請求項16の発明は、請求項12乃至14いずれかの発明において、絶縁物は、プラスチックであることを特徴とし、1次コイルと2次コイルとの間にプラスチックをはさんで電力伝達を行う場合に、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【0026】
請求項17の発明は、請求項12乃至14いずれかの発明において、絶縁物は、空気であることを特徴とし、1次コイルと2次コイルとの間に空気をはさんで電力伝達を行う場合に、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【0027】
請求項18の発明は、請求項12の発明において、1次コイルを屋内に配置し、2次コイルを屋外に配置して、屋内から屋外への電力伝達を行うことを特徴とし、屋内から屋外への電力伝達を行う場合のように、商用電源やバッテリなどの電源のある場所から、近くに電源のない場所あるいは電源を設置するのが困難な場所への電力伝達を行う場合に、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【0028】
請求項19の発明は、請求項12の発明において、1次コイルを水槽の外側に配置し、2次コイルを前記水槽の内側に配置して、前記水槽の外側から内側への電力伝達を行うことを特徴とし、水槽の外側から水槽の内側の水中への電力伝達を行う場合に、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【0029】
請求項20の発明は、請求項13の発明において、1次コイルを窓の内側に配置し、2次コイルを前記窓の外側に配置して、前記窓の内側から外側への電力伝達を行って窓拭き装置を駆動させることを特徴とし、窓の外側の窓拭き装置に電力伝達を行う場合に、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、2次側に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができ、拭きにくい窓の外面の掃除を行うことができる。
【0030】
請求項21の発明は、請求項14の発明において、暖房便座に2次コイルを配置して、前記暖房便座への電力伝達を行うことを特徴とし、便座に人が座っていないときと座っているときとで、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、2次側のヒータに供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができ、また暖房便座を本体から外して丸洗いでき、清潔にすることができる。
【0031】
請求項22の発明は、請求項1乃至21いずれかの発明において、負荷に供給する出力の情報をインバータ回路にフィードバックし、前記インバータ回路を制御するフィードバック回路を付加したことを特徴とし、本発明にフィードバック回路を付加することにより、追加部品を最小限にすることができる。
【0032】
請求項23の発明は、請求項1乃至21いずれかの発明において、2次コイルの出力側に、負荷に供給する電圧もしくは電流を安定させる安定化回路を付加したことを特徴とし、本発明に安定化回路を付加することにより、追加部品を最小限にすることができる。
【0033】
請求項24の発明は、請求項1乃至21いずれかの発明において、負荷に、前記負荷に供給される電圧もしくは電流を安定させる安定化回路を付加したことを特徴とし、本発明に安定化回路を付加することにより、追加部品を最小限にすることができる。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0035】
(実施形態1)
図1は、本実施形態1の回路構成を示す。1次側は、出力電圧Eを有する直流電源10と、直流電源10に並列に接続されたコンデンサ11,12の直列回路及びFET等のスイッチング素子14,15の直列回路と、スイッチング素子14,15に各々並列に接続されるダイオード14b,15b(スイッチング素子14,15がFETの場合は寄生ダイオード)と、コンデンサ11とコンデンサ12との接続中点とスイッチング素子14とスイッチング素子15との接続中点との間に接続された第1のコンデンサ13とからなるインバータ回路3と、第1のコンデンサ13に並列に接続された1次コイル5aとからなり、ハーフブリッジ型の部分共振インバータ回路を構成する。2次側は、センタータップを備えた2次コイル5bと、2次コイル5bに並列に接続された負荷整合用の第2のコンデンサ16と、2次コイル5bのセンタータップではない両出力端に直列且つ互いに逆方向に接続されたダイオード17,18からなる全波整流回路と、ダイオード17,18の接続中点に一端を接続された電流平滑用リアクトル19と、電流平滑用リアクトル19の他端と2次コイル5bのセンタータップとの間に接続される平滑コンデンサ20と、平滑コンデンサ20に並列に接続される負荷9とから構成される。1次コイル5aと2次コイル5bとは、分離着脱自在なトランス5を構成する。
【0036】
前記従来の技術で示したように、1次コイル5aと2次コイル5bとの相対的な位置関係の変化が大きくなると、例えば1次コイル5aと2次コイル5bとの間隔が大きくなると、負荷9に供給できる出力は低下するが、このときに1次コイル5aに印加する電圧V1の振幅や周波数や波形を、出力を大きくする方向に変化させれば出力電圧Voあるいは出力電流Ioを安定させることができる。そこで、本発明では、1次コイル5aに印加する電圧V1の振幅や周波数や波形を変化させる方法として1次コイル5aのインダクタンスに注目した。図14において、1次コイル5aと2次コイル5bとの相対的な位置関係が変化して、基準位置から遠ざかってX方向、Y方向、Z方向の距離や回転角θの変化が大きくなるにしたがって、1次コイル5aのインダクタンスは小さくなる。本実施形態1のように第1のコンデンサ13を1次コイル5aに並列接続した場合、1次コイル5aと第1のコンデンサ13とに外部からの強制的な電圧駆動や電流駆動がなく、1次コイル5aに蓄積された磁気エネルギーと第1のコンデンサ13に蓄積された静電エネルギーと負荷9のみであれば、その自由振動周波数は1次コイル5aのインダクタンスの平方根に反比例する。すなわち、1次コイル5aと2次コイル5bとの相対的な位置関係の変化を、1次コイル5aのインダクタンスの変化に換え、さらに1次コイル5aと第1のコンデンサ13と負荷9とによる自由振動周波数の変化に換えることができる。
【0037】
次に、この自由振動周波数の変化について説明する。図1において、スイッチング素子14,15は交互にオン・オフを繰り返し、高周波の交流電圧V1を1次コイル5aに印加する。このとき、スイッチング素子14,15の両方が同時にオフとなる期間があり、この期間内に1次コイル5aと第1のコンデンサ13と負荷9とによる自由振動を行う。図1に示すようなハーフブリッジ構成(本実施形態には示していないがプッシュプルブリッジ構成でも同様)のインバータ回路方式であれば、2つのスイッチング素子14,15が同時にオフとなる期間を設けると、1次コイル5aの両端電圧V1は、直流電源10の電源電圧Eに対して、電圧E/2から−E/2までの間では自由振動を行うが、電圧E/2または−E/2に達すると、電圧E/2または−E/2にクランプされる。このような駆動方式は一般に部分共振、またはソフトスイッチングと呼ばれている。
【0038】
図2に、図1の回路における1次コイル5aの両端電圧V1と、1次コイル5aを流れる電流I1と、スイッチング素子14の両端電圧V14と、スイッチング素子14を流れる電流I14と、スイッチング素子15の両端電圧V15と、スイッチング素子15を流れる電流I15との各波形を示す。ここで、1次コイル5aの両端電圧V1が自由振動を行っている期間を部分共振期間T1、電圧E/2または−E/2にクランプされている期間を非共振期間T2とする。スイッチング素子14,15は交互にオン・オフを繰り返すが、この時一方のスイッチング素子がオンからオフした後、両方のスイッチング素子がオフになる一定期間を経てから他方のスイッチング素子がオンし、且つ電圧E/2または−E/2にクランプされるので、1次コイル5aの両端電圧V1は、台形波となる。部分共振期間T1はスイッチング素子14,15ともにオフしている期間であり、1次コイル5aと第1のコンデンサ13と負荷9とによる自由振動が行われる期間である。また、ダイオード14b,15bがスイッチング素子14,15に並列に接続されるため、1次コイル5aの両端電圧V1が電圧E/2または−E/2にクランプされると、スイッチング素子14の両端電圧V14とスイッチング素子15の両端電圧V15とは電圧Eまたはグラウンド電位にクランプされた台形波となる。ここで、部分共振期間T1では、1次コイル5aと2次コイル5bとの相対的な位置関係の変化によって、前記のとおり自由振動周波数の変化が発生し、部分共振期間T1が変化する。非共振期間T2が一定で部分共振期間T1を短くした場合は、図3(a)に示すように、1次コイル5aの両端電圧V1は、立ち上がり、立下りの急な台形波(略方形波)となり、非共振期間T2が一定で部分共振期間T1を長くした場合は、図3(b)に示すように、1次コイル5aの両端電圧V1は、立ち上がり、立下りの緩やかな台形波となる。
【0039】
図4は、自励式の部分共振インバータを用いて、非共振期間T2を一定にする回路の具体的構成を示す。なお、前記図1に示す回路構成と同一の要素には同一の符号を付して説明は省略する。図4では、スイッチング素子としてFET14a,15aを用い、ダイオード14b,15bは各々FET14a,15aの寄生ダイオードである。FET14aのゲート駆動回路は、コンデンサ12に並列に接続する抵抗31,コンデンサ33の直列回路と、抵抗31とコンデンサ33との接続中点とFET14aのドレインとの間に接続するダイオード35と、抵抗31とコンデンサ33との接続中点とFET14aのゲートとの間に接続する1次コイル5aと磁気結合している帰還巻線37,抵抗41の直列回路と、FET14aのゲート−ソース間に接続するダイオード61,トランジスタ63の直列回路とから構成される。トランジスタ63のベース駆動回路は、1次コイル5aと磁気結合している補助巻線39と、ダイオード43,抵抗49の直列回路とダイオード45,抵抗47の直列回路との並列回路を介して補助巻線39に並列に接続しているダイオード51,コンデンサ53と、抵抗57,ダイオード59の並列回路と、抵抗57,ダイオード59の並列回路を介してコンデンサ53に並列に接続しているコンデンサ55とから構成される。FET15aのゲート駆動回路は前記FET14aのゲート駆動回路と同様に構成され、トランジスタ62のベース駆動回路は前記トランジスタ63のベース駆動回路と同様に構成されるので説明は省略する。
【0040】
次に、図4に示す回路の動作について説明する。直流電源10に直列に接続しているスイッチ64をオンすることにより、コンデンサ32,33は、各々抵抗30,31を介して充電される。ここで、コンデンサ32の両端電圧がFET15aをオンさせるゲート電圧に達するよりも早く、コンデンサ33の両端電圧がFET14aをオンさせるゲート電圧にまで達して、FET14aがオンしたとすると、1次コイル5aに電流I1が流れ始める。そうすると、1次コイル5aと磁気結合している帰還巻線37は、FET14aのオンを継続する方向に誘起電圧を発生し、この誘起電圧はコンデンサ33の両端電圧に重畳される。FET14aがオンするとコンデンサ33は、ダイオード35を介して直流電源10の略グランド電位にまで放電するが、この帰還巻線37の誘起電圧だけでもFET14aのオン状態を維持することができる。帰還巻線37に誘起電圧が発生すると同時に、帰還巻線1同様に1次コイル5aと磁気結合している補助巻線39にも誘起電圧が発生し、ダイオード43と抵抗49とを介してコンデンサ53を充電し、さらにダイオード59を介してコンデンサ55も充電する。コンデンサ53,55が充電されていくと、トランジスタ63はオンし、FET14aのゲート電圧をダイオード61を介して略0Vにまで低下させて、FET14aはオフになる(このときFET15aもオフ状態である)。すると、それまで1次コイル5aを流れていた電流I1は、その電流を維持しようとして第1のコンデンサ13へ転流し、ここで1次コイル5aと第1のコンデンサ13と1次コイル5aから2次側をみた回路とによる自由振動(共振)を始める。共振を始めてやがてFET14aの両端電圧V14が直流電源10の電源電圧Eに達すると、FET15aの寄生ダイオード15bを介して電圧Eにクランプされる。このクランプされるまでの期間、自由振動が行われるのでこの期間が、部分共振期間T1となる。
【0041】
一方、1次コイル5aの両端電圧V1の極性反転、電流I1の電流方向転換のため、帰還巻線37はFET14aをオフにする方向に誘起電圧を発生し、補助巻線39はコンデンサ53の両端電圧をダイオード45と抵抗47を介して放電する方向に誘起電圧を発生し、略0Vにまで低下させる。このときコンデンサ55の両端電圧も抵抗57を介して徐々に放電される。この動作と同時に帰還巻線36は、FET15aをオンにする方向に誘起電圧を発生するが、抵抗40とFET15aのゲートの入力容量による充電遅延のためにFET15aは、一定時間遅れてからオン状態となり、それを維持する。補助巻線38の発生する誘起電圧は、ダイオード42と抵抗48とを介してコンデンサ52を充電し、さらにダイオード58を介してコンデンサ54も充電して、トランジスタ62をオンして、FET15aのゲート電圧をダイオード60を介して略0Vにまで低下させて、FET15aをオフにする。以後同様の動作を繰り返して自励発振を継続する。
【0042】
前記共振による電圧変化期間と、前記FETのオン遅延とによって、FET14a,15aが共にオフとなる期間が形成されるが、ここで前記FETのオン遅延時間を部分共振期間T1よりも長く設定しておけば、部分共振期間T1が変化しても非共振期間T2を略一定にすることができる。このようにして非共振期間T2を略一定にして動作させているとき、1次コイル5aと2次コイル5bとの相対的な位置関係が変化し相対距離が大きくなると、1次コイル5aのインダクタンスが小さくなり、自由振動周波数が高くなるので、部分共振期間T1は短くなり、1次コイル5aの両端電圧V1の周波数は高くなる。逆に1次コイル5aと2次コイル5bとの相対的な位置関係が変化し相対距離が小さくなると、1次コイル5aのインダクタンスが大きくなり、自由振動周波数が低くなるので、部分共振期間T1は長くなり、1次コイル5aの両端電圧V1の周波数は低くなる。このように1次コイル5aと2次コイル5bとの相対的な位置関係が変化すると、電圧V1の周波数は変化し、電圧V1の周波数が高くなった場合には、図3(a)に示すように1次コイル5aの両端電圧V1は、立ち上がり、立下りの急な台形波(略方形波)となり、電圧V1の周波数が低くなった場合には、図3(b)に示すように1次コイル5aの両端電圧V1は、立ち上がり、立下りの緩やかな台形波となって波形も変化するため、各々の平均振幅V1typは、周波数が高い方が大きくなる。これは、非共振期間T2の振幅V1mが同じであっても、波形が台形状になるにしたがって平均振幅V1typが小さくなるためである。平均振幅V1typが小さくなると負荷電圧Voあるいは負荷電流Ioが低下し、大きくなると負荷電圧Voあるいは負荷電流Ioが上昇する。また、平均振幅V1typが一定の場合には、1次コイル5aの駆動周波数の変化に対し、負荷電圧Voあるいは負荷電流Ioは駆動周波数に比例したり、もしくは反比例したりする。比例するか、反比例するかは、2次コイル5bに並列に接続される第2のコンデンサ16の静電容量値に依存している。この第2のコンデンサ16は負荷9に出力することのできる有効電力の大きさを決めているもので、負荷整合用、力率改善用である。
【0043】
したがって、1次コイル5aと2次コイル5bとの相対的距離が大きくなると電圧V1の周波数が高くなるため、電圧V1の周波数が高くなるにつれて、出力が大きくなるように第2のコンデンサ16の静電容量値が選ばれておれば、自動的に負荷電圧Voあるいは負荷電流Ioを安定させることができる。ところで本実施形態の場合、負荷電圧Voあるいは負荷電流Ioを安定させるには、電圧V1の平均振幅V1typと周波数との両方が影響しているので、必ずしもその両方の機能が同等に作用する必要はなく、場合によっては、一方の機能が安定化にまったく寄与しないあるいは逆に悪くなる場合でも、他方の機能がより強く安定化に寄与して結果的に安定させることができればよい。実際には、電圧V1の平均振幅V1typと周波数との各々の安定化への寄与レベルを分離するのは難しいが、出力を計測しながら、第1のコンデンサ13と第2のコンデンサ16との各静電容量値を設定することは容易である。
【0044】
次にこの設定について説明する。図5は、図4に示す回路のトランス5を構成する1次コイル5aと2次コイル5bとのギャップZ1に対する(ギャップZ1は、図14に示すZ軸方向の距離とする)、1次コイル5aのインダクタンスL1と、2次コイル5bのインダクタンスL2と、1次コイル5aと2次コイル5bとの相互インダクタンスMとを示し、ギャップZ1が大きくなるにしたがい、低下している。ここで、1次コイル5aのインダクタンスL1と、2次コイル5bのインダクタンスL2と、1次コイル5aと2次コイル5bとの相互インダクタンスMとは、トランス5に接続している回路を切り離して各々測定した値で、1次コイル5aのインダクタンスL1は端子A−A´間のインダクタンス、2次コイル5bのインダクタンスL2は端子B−B´間のインダクタンス、相互インダクタンスMはこのときの1次コイル5aと2次コイル5bとの相互インダクタンスである。また、2次コイル5bのセンタタップは、2次コイル5bの巻線の中点からとる。そして、負荷9の抵抗値を3オーム、直流電源10の電源電圧E≒140Vとして図4の回路を動作させたときの、ギャップZ1と、負荷電圧Vo、電圧V1の周波数fとの関係を図6〜8に示す。ここで、第1のコンデンサ13の静電容量値をC1、第2のコンデンサの静電容量値をC2とすると、図6は、静電容量値C1≒0μF、静電容量値C2≒0μF、非共振期間T2≒17.9μsecの場合の各波形を示し、ギャップZ1が2mm〜6mmに変化するにしたがって、電圧V1の周波数fを28KHz一定とすると、負荷電圧Voは11.5V〜6.5Vに低下している。図7は、静電容量値C1≒0μF、静電容量値C2≒0.164μF、非共振期間T2≒6.7μsecの場合の各波形を示し、ギャップZ1が2mm〜6mmに変化するにしたがって、電圧V1の周波数fを75KHz一定とすると、負荷電圧Voは16.0V〜10.0Vに低下している。図8は、静電容量値C1≒0.175μF、静電容量値C2≒0.45μF、非共振期間T2≒5.0μsecの場合の各波形を示し、ギャップZ1が2mm〜6mmに変化するにしたがって、電圧V1の周波数fを46KHz〜56KHzに変化させると、負荷電圧Voは略14.5Vに一定している。このように、例えば図8に示す特性のように、動作条件に応じて第1のコンデンサ13の静電容量値C1を適当な数値に選ぶことで、1次コイル5aと2次コイル5bとの相対的な位置関係が変化してギャップZ1が変化しても、2次側の出力を自動的に安定させることができる。
【0045】
なお、図4の回路における1次コイル5aの両端電圧V1と、1次コイル5aを流れる電流I1と、FET14aの両端電圧V14と、FET14aを流れる電流I14と、FET15aの両端電圧V15と、FET15aを流れる電流I15との各波形は、前記図2と同様である。
【0046】
(実施形態2)
本実施形態2は、図9に示すように、屋内70から屋外71のように、商用電源やバッテリなどの電源のある場所から、近くに電源のない場所あるいは電源を設置するのが困難な場所への電力伝達を行うものであり、家屋の窓ガラス72の屋内70側には電源に接続されたインバータ回路3と1次コイル5aとを設置し、屋外71側には2次コイル5bと整流平滑回路6とランプ9aとを設置して、屋内70から屋外71の庭やベランダのランプ9aに給電している。このような非接触電力伝達装置は、1次コイル5aと2次コイル5bとを分離着脱自在に使用することができ、窓ガラス72の任意の位置から電力伝達を行うことができることが要求されるが、従来技術では1次コイル5aと2次コイル5bとの位置決めを厳密に行わなければならず、その位置合わせが面倒であった。しかし、本発明によると、前記実施形態1にて説明したように、1次コイル5aと2次コイル5bとの相対的な位置関係が変化しても2次側の出力を容易に安定させることができるので、1次コイル5aと2次コイル5bとは適当に位置決めするだけで十分であり、使い勝手がよくなっている。
【0047】
なお、本実施形態2においては、屋内70から屋外71に電力伝達を行っているが、車等の車内から車外への電力伝達であってもよい。
【0048】
(実施形態3)
本実施形態3は、図10に示すように、水槽壁75の水槽外73から水槽内74への電力伝達を行うものであり、水槽外73側には、電源に接続されたインバータ回路3と1次コイル5aとを設置し、水槽内74の水中に2次コイル5bと整流平滑回路6と水中ヒータ9bとを設置して、水中ヒータ9bに給電している。外部に導電部が露出していない非接触で水中の器具に給電を行うので、安全であり、水槽を掃除するときには簡単に取り外すことができる。また、本発明によると、前記実施形態1にて説明したように、1次コイル5aと2次コイル5bとの相対的な位置関係が変化しても2次側の出力を容易に安定させることができるので、1次コイル5aと2次コイル5bとは適当に位置決めするだけで十分であり、すばやく取り付けを行うことができ、水槽内の魚などへの負担を減少させることができる。
【0049】
(実施形態4)
本実施形態4は、図11に示すように、窓ガラス72の屋外71側を屋内70側から掃除できる窓拭き装置を示す。窓ガラス72の屋内70側に設置された電源に接続されたインバータ回路3と、1次コイル5aとによって、屋外71側に設置された2次コイル5bと整流平滑回路6を介して、ポンプ9cに給電し、ポンプ9cは洗浄液79を吐出し、2次側の窓ガラス72に面する側に備えたブラシ77bにて窓拭きを行うものである。また、1次側の窓ガラス72に面する側にはブラシ77aを備え、1次側、2次側ともに窓ガラス72を介して対抗配置された永久磁石76を備えている。この窓拭き装置の1次側と2次側とは、永久磁石76の吸引力によって窓ガラス72を挟んで圧接されており、窓ガラス72を掃除する際は、取っ手78を持って1次側を窓ガラス72上で移動させると、2次側もそれに追従して動くようになっている。しかし、人が屋内70側から1次側を動かすと、2次側はピッタリとは追従せず、摩擦などのために少し遅れて動く。このため1次側が動いていると、2次側は1次側に対する距離が変動しながら動くことになり、従来技術では例えフィードバック制御を行っても2次側の出力変動がおこり、実用的ではなかった。しかし本発明によると、前記実施形態1にて説明したように、1次コイル5aと2次コイル5bとの相対的な位置関係が変化しても2次側の出力を容易に安定させることができるので、ある程度のずれでは出力が変化せず、使い勝手のよい窓拭き装置を提供することができる。
【0050】
なお、本実施形態4では、窓72の屋外71側からのみ洗浄液79を吐出するようになっているが、窓72の屋内70側と屋外71側との両方から同時に洗浄液79を吐出しながらブラシ77a,77bで掃除を行う両面同時窓拭き装置にも応用することができる。
【0051】
(実施形態5)
本実施形態5は、図11(a),(b)に示すように暖房便座装置に非接触給電装置を適用したものである。ここで図11(a)は人が座っていないときの状態を示し、図11(b)は人が座っているときの状態を示す。図11(a)、11(b)ともに、トイレ本体82に便座81と便蓋80とを備えている。そして、インバータ回路3と1次コイル5aとを本体82に設置し、2次コイル5bを1次コイル5aと対向するように便座81に備える。2次コイル5bに接続される整流平滑回路6と、整流平滑回路6から出力を供給されて便座81を暖めるヒータ9dとは便座81に組み込まれる。このように、便座81を暖めるヒータ9dへの給電を無接触で行うことができれば、便座81を本体82から脱着して丸洗いすることができ、清潔にすることができる。しかし、便座81は人が座るところであり、本体82に固定されている1次コイル5aに対し、便座81に設置されている2次コイル5bの位置は、人が座っていないときには図11(a)に示すように1次コイル5aと基準位置にて対向しているが、座っているときには便座81がたわむことにより位置が変化してしまう。したがって、フィードバック制御のない従来の方式では、出力が大きく変化して実用にならず、また無接点信号によるフィードバック制御や、出力を安定させる安定化回路を便座81に設けた場合には、装置が大型化し、コストも増大するという欠点があった。しかし本発明によると、前記実施形態1にて説明したように、1次コイル5aと2次コイル5bとの相対的な位置関係が変化しても2次側の出力を容易に安定させることができるので、ある程度のずれでは出力が変化せず、便座81を丸洗いできる実用的な暖房便座装置を提供することができる。
【0052】
前記実施形態1〜5のように、本発明は、非接触電力伝達装置において、分離着脱自在なトランス5の1次コイル5aと2次コイル5bとの相対的な距離(位置関係)の変化に応じて1次コイル5aのインダクタンスが変化することを利用し、この変化を第1のコンデンサ13によって1次コイル5aの両端電圧V1の周波数の変化に換え、その周波数の変化に応じて出力の安定化を行う、あるいはこの周波数の変化を1次コイル5aの両端電圧V1の平均振幅V1typ等の変化に換え、その平均振幅V1typ等の変化に応じて出力の安定化を行うものである。したがって、回路方式が1次コイル5aと第1のコンデンサ13との共振作用による自由振動を利用しておればよく、例えば、実施形態1ではインバータ回路3はハーフブリッジ構成を用いているが、同様に部分共振を利用するプッシュプル構成や1石の電圧共振構成であってもよい。また、2次コイル5bに接続される整流回路の方式や電流平滑の方式にも限定されない。また、1次コイル5aと2次コイル5bとの相対的な位置関係の変化を、図14に示すX方向、Y方向、Z方向、回転角θの4方向に対して示したが、任意の方向の相対的な位置関係の変化に対して出力の安定化を行うことができることはもちろんである。また、実施形態1〜5における分離着脱自在なトランス5の磁気結合方式は、1次コイル5aと2次コイル5bとが対向配置している平面対向式を示したが、図12に示すように小さな円環状の2次コイル5bを大きな円環状の1次コイル5a内に挿入する挿入結合方式であっても、相対的な位置関係の変化によって1次コイル5aのインダクタンスが変化するのであれば本発明に含まれる。そして、実施形態1において、1次コイル5aに並列接続される第1のコンデンサ13と、2次コイル5bに並列接続される第2のコンデンサ16とは、等価回路的に、特に交流等価回路的に、1次コイル5aと第1のコンデンサ13とが並列接続、2次コイル5bと第2のコンデンサとが並列接続される形態で表せるのであれば、本発明に含まれる。さらに、本発明は、1次コイル5aと2次コイル5bとの相対的な位置関係の変化によってインダクタンスが変化する1次コイル5aに並列または直列に第1のコンデンサ13等の静電容量を設けて、それらの共振作用によって生じる自由振動周波数または周期の変化を利用して出力を安定させるものであり、1次コイル5aとで共振作用を行う容量を有する第1のコンデンサ13は必ずしも単一である必要はなく、1次コイル5aに対して、直・並列の組合せであってもよい。また、同様の理由により1次コイル5aに直接に第1のコンデンサ13を接続する必要はなく、他のコイルや小さな抵抗を介して接続されていても、自由振動周波数や周期の変化を生じさせることができ、その変化の仕方も変えることができる。
【0053】
さらに詳細を付け加えると、前記自由振動周波数または周期は、2次側の負荷9や整流平滑回路6等を取り外して、分離着脱式のトランス5単独で、1次コイル5aの端子間を測定したインダクタンスと、1次コイル5aに接続された第1のコンデンサ13の静電容量値だけで決まるものではなく、2次コイル5bに接続される第2のコンデンサ16の静電容量値や負荷条件、整流回路方式等の影響も受けており、これらの総合作用により自由振動周波数や周期が決まっている。これらのことを数式で表すことは一般に困難である。このような理由から本発明の説明の中で用いている1次コイル5aのインダクタンスの変化とは、トランス5の1次側から2次側をみた回路特性の変化の意味を含んでいる。ただ、実用においては、もともと1次コイル5aと2次コイル5bとの間にギャップがあり、磁気的に疎結合となっているため、2次側の影響は受けにくく、トランス5の1次側から2次側を見た回路は、凡そ分離着脱自在なトランス5単独で測定した1次コイル5aのインダクタンス特性であると考えてよい場合が多い。少なくとも、1次コイル5aと2次コイル5bとの相対的な位置の変化による自由振動周波数に変化傾向は、分離着脱自在なトランス5単独で測定した1次コイル5aのインダクタンスの変化に対応している。
【0054】
【発明の効果】
請求項1の発明は、1次コイルと前記1次コイルによって電圧を誘起される2次コイルとが分離着脱自在な構造を有するトランスを含み、前記1次コイルに並列もしくは直列に第1のコンデンサを接続し、前記2次コイルに負荷整合用の第2のコンデンサを接続して、前記1次コイルと第1のコンデンサとの共振作用による自由振動を利用した部分共振インバータ回路と、前記2次コイルの出力側に設けた負荷とで構成され、前記1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係の変化に伴う前記1次コイル側の磁気特性の変化に応じて、前記1次コイルに印加される電圧の周波数、振幅のうち少なくともいずれか一方を変化させて、前記2次コイルが負荷に供給する電圧または電流が所定値となるように、前記第1のコンデンサおよび第2のコンデンサの静電容量値を設定するので、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、1次コイルに印加される電圧の周波数、振幅のうち少なくともいずれか一方を変化させて、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができ、また回路サイズ及び部品コストが増大することなく1次コイルと2次コイルとの位置決めの許容範囲が広がり、従来、位置決めのために必要としていたガイドを不要にしたり、ガイドをゆるめにすることができ、使い勝手を向上させることができるという効果がある。また、負荷に出力可能な有効電力を増大させることができる。
【0055】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、2次コイルの出力側に、前記2次コイルの誘起電圧を整流するための整流回路を接続したので、2次コイルの誘起電圧を整流することができるという効果がある。
【0056】
請求項3の発明は、請求項2の発明において、2次コイルは、センタータップを備え、整流回路は、前記2次コイルのセンタータップではない両出力端に直列に且つ互いに逆方向に接続する整流素子の前記2次コイルに接続していない各他端同士を接続した全波整流回路であるので、整流回路を小型化することができ、また発熱を低減することができるという効果がある。
【0057】
請求項4の発明は、請求項2または3の発明において、整流回路の出力側に電流平滑用のリアクトルを接続したので、2次側の負荷電流を平滑することができるという効果がある。
【0058】
請求項5の発明は、請求項1乃至4いずれかの発明において、1次コイルと2次コイルとは互いに対向配置されているので、分離着脱自在なトランスを構成することができるという効果がある。
【0059】
請求項6の発明は、請求項1乃至5いずれかの発明において、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係の変化は、前記1次コイルと2次コイルとの磁気結合面に対して垂直方向の距離の変化であるので、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が磁気結合面に対して垂直方向に変化した場合に、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【0060】
請求項7の発明は、請求項1乃至5いずれかの発明において、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係の変化は、前記1次コイルと2次コイルとの磁気結合面に対して水平方向の距離の変化であるので、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が磁気結合面に対して水平方向に変化した場合に、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【0061】
請求項8の発明は、請求項1乃至5いずれかの発明において、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係の変化は、前記1次コイルに対する前記2次コイルの回転方向の角度の変化であるので、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係の変化が回転方向の角度の変化である場合に、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【0062】
請求項9の発明は、請求項1乃至8いずれかの発明において、インバータ回路は、ハーフブリッジ構成であるので、ハーフブリッジ構成のインバータ回路を用いて、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【0063】
請求項10の発明は、請求項1乃至9いずれかの発明において、1次コイルに印加される電圧が自由振動を行わない非共振期間は、一定時間であり、前記1次コイルに印加される電圧が自由振動を行う部分共振期間は、前記1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係の変化に伴う前記1次コイル側の磁気特性の変化に応じて変化するので、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【0064】
請求項11の発明は、請求項1乃至10いずれかの発明において、負荷は、定電圧負荷であるので、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、2次側の定電圧負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【0065】
請求項12の発明は、請求項1乃至11いずれか記載の発明において、1次コイルと2次コイルとは絶縁物を介して配置され、前記1次コイルの配置位置が不特定であるので、1次コイルの配置位置が不特定で、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【0066】
請求項13の発明は、請求項12の発明において、1次コイルの配置位置が時間に応じて変動するので、1次コイルの配置位置が時間に応じて変動して、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【0067】
請求項14の発明は、請求項1乃至11いずれかの発明において、1次コイルと2次コイルとは絶縁物を介して配置され、前記1次コイルの配置位置は固定、前記2次コイルの配置位置は時間に応じて変動するので、2次コイルの配置位置が時間に応じて変動して、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【0068】
請求項15の発明は、請求項12乃至14いずれかの発明において、絶縁物は、ガラスであるので、1次コイルと2次コイルとの間にガラスをはさんで電力伝達を行う場合に、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【0069】
請求項16の発明は、請求項12乃至14いずれかの発明において、絶縁物は、プラスチックであるので、1次コイルと2次コイルとの間にプラスチックをはさんで電力伝達を行う場合に、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【0070】
請求項17の発明は、請求項12乃至14いずれかの発明において、絶縁物は、空気であるので、1次コイルと2次コイルとの間に空気をはさんで電力伝達を行う場合に、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【0071】
請求項18の発明は、請求項12の発明において、1次コイルを屋内に配置し、2次コイルを屋外に配置して、屋内から屋外への電力伝達を行うので、屋内から屋外への電力伝達を行う場合のように、商用電源やバッテリなどの電源のある場所から、近くに電源のない場所あるいは電源を設置するのが困難な場所への電力伝達を行う場合に、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【0072】
請求項19の発明は、請求項12の発明において、1次コイルを水槽の外側に配置し、2次コイルを前記水槽の内側に配置して、前記水槽の外側から内側への電力伝達を行うので、水槽の外側から水槽の内側の水中への電力伝達を行う場合に、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【0073】
請求項20の発明は、請求項13の発明において、1次コイルを窓の内側に配置し、2次コイルを前記窓の外側に配置して、前記窓の内側から外側への電力伝達を行って窓拭き装置を駆動させるので、窓の外側の窓拭き装置に電力伝達を行う場合に、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、2次側に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができ、拭きにくい窓の外面の掃除を行うことができるという効果がある。
【0074】
請求項21の発明は、請求項14の発明において、暖房便座に2次コイルを配置して、前記暖房便座への電力伝達を行うので、便座に人が座っていないときと座っているときとで、1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、2次側のヒータに供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができ、また暖房便座を本体から外して丸洗いでき、清潔にすることができるという効果がある。
【0075】
請求項22の発明は、請求項1乃至21いずれかの発明において、負荷に供給する出力の情報をインバータ回路にフィードバックし、前記インバータ回路を制御するフィードバック回路を付加したので、本発明にフィードバック回路を付加することにより、追加部品を最小限にすることができるという効果がある。
【0076】
請求項23の発明は、請求項1乃至21いずれかの発明において、2次コイルの出力側に、負荷に供給する電圧もしくは電流を安定させる安定化回路を付加したので、本発明に安定化回路を付加することにより、追加部品を最小限にすることができるという効果がある。
【0077】
請求項24の発明は、請求項1乃至21いずれかの発明において、負荷に、前記負荷に供給される電圧もしくは電流を安定させる安定化回路を付加したので、本発明に安定化回路を付加することにより、追加部品を最小限にすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態1を示す構成図である。
【図2】 本発明の実施形態1の動作を説明するための図である。
【図3】 本発明の実施形態1の動作を説明するための図である。
【図4】 本発明の実施形態1を示す具体的な構成図である。
【図5】 本発明の実施形態1を示す特性図である。
【図6】 本発明の実施形態1を示す特性図である。
【図7】 本発明の実施形態1を示す特性図である。
【図8】 本発明の実施形態1を示す特性図である。
【図9】 本発明の実施形態2を示す図である。
【図10】 本発明の実施形態3を示す図である。
【図11】 本発明の実施形態4を示す図である。
【図12】 本発明を説明するための図である。
【図13】 本発明の実施形態5を示す図である。
【図14】 本発明の従来例を示す構成図である。
【図15】 本発明の従来例の特性図である。
【図16】 本発明の従来例の特性図である。
【図17】 本発明の従来例の特性図である。
【図18】 本発明の従来例の特性図である。
【図19】 本発明の従来例を示す構成図である。
【符号の説明】
3 インバータ回路
5 トランス
5a 1次コイル
5b 2次コイル
9 負荷
13 第1のコンデンサ
V1 1次コイル5aの両端電圧
Vo 負荷電圧
Io 負荷電流
Claims (24)
- 1次コイルと前記1次コイルによって電圧を誘起される2次コイルとが分離着脱自在な構造を有するトランスを含み、前記1次コイルに並列もしくは直列に第1のコンデンサを接続し、前記2次コイルに負荷整合用の第2のコンデンサを接続して、前記1次コイルと第1のコンデンサとの共振作用による自由振動を利用した部分共振インバータ回路と、前記2次コイルの出力側に設けた負荷とで構成され、前記1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係の変化に伴う前記1次コイル側の磁気特性の変化に応じて、前記1次コイルに印加される電圧の周波数、振幅のうち少なくともいずれか一方を変化させて、前記2次コイルが負荷に供給する電圧または電流が所定値となるように、前記第1のコンデンサおよび第2のコンデンサの静電容量値を設定することを特徴とする非接触電力伝達装置。
- 2次コイルの出力側に、前記2次コイルの誘起電圧を整流するための整流回路を接続したことを特徴とする請求項1記載の非接触電力伝達装置。
- 2次コイルは、センタータップを備え、整流回路は、前記2次コイルのセンタータップではない両出力端に直列に且つ互いに逆方向に接続する整流素子の前記2次コイルに接続していない各他端同士を接続した全波整流回路であることを特徴とする請求項2記載の非接触電力伝達装置。
- 整流回路の出力側に電流平滑用のリアクトルを接続したことを特徴とする請求項2または3記載の非接触電力伝達装置。
- 1次コイルと2次コイルとは互いに対向配置されていることを特徴とする請求項1乃至4いずれか記載の非接触電力伝達装置。
- 1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係の変化は、前記1次コイルと2次コイルとの磁気結合面に対して垂直方向の距離の変化であることを特徴とする請求項1乃至5いずれか記載の非接触電力伝達装置。
- 1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係の変化は、前記1次コイルと2次コイルとの磁気結合面に対して水平方向の距離の変化であることを特徴とする請求項1乃至5いずれか記載の非接触電力伝達装置。
- 1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係の変化は、前記1次コイルに対する前記2次コイルの回転方向の角度の変化であることを特徴とする請求項1乃至5いずれか記載の非接触電力伝達装置。
- インバータ回路は、ハーフブリッジ構成であることを特徴とする請求項1乃至8いずれか記載の非接触電力伝達装置。
- 1次コイルに印加される電圧が自由振動を行わない非共振期間は、一定時間であり、前記1次コイルに印加される電圧が自由振動を行う部分共振期間は、前記1次コイルと2次コイルとの相対的な位置関係の変化に伴う前記1次コイル側の磁気特性の変化に応じて変化することを特徴とする請求項1乃至9いずれか記載の非接触電力伝達装置。
- 負荷は、定電圧負荷であることを特徴とする請求項1乃至10いずれか記載の非接触電力伝達装置。
- 1次コイルと2次コイルとは絶縁物を介して配置され、前記1次コイルの配置位置が不特定であることを特徴とする請求項1乃至11いずれか記載の非接触電力伝達装置。
- 1次コイルの配置位置が時間に応じて変動することを特徴とする請求項12記載の非接触電力伝達装置。
- 1次コイルと2次コイルとは絶縁物を介して配置され、前記1次コイルの配置位置は固定、前記2次コイルの配置位置は時間に応じて変動することを特徴とする請求項1乃至11いずれか記載の非接触電力伝達装置。
- 絶縁物は、ガラスであることを特徴とする請求項12乃至14いず れか記載の非接触電力伝達装置。
- 絶縁物は、プラスチックであることを特徴とする請求項12乃至14いずれか記載の非接触電力伝達装置。
- 絶縁物は、空気であることを特徴とする請求項12乃至14いずれか記載の非接触電力伝達装置。
- 1次コイルを屋内に配置し、2次コイルを屋外に配置して、屋内から屋外への電力伝達を行うことを特徴とする請求項12記載の非接触電力伝達装置。
- 1次コイルを水槽の外側に配置し、2次コイルを前記水槽の内側に配置して、前記水槽の外側から内側への電力伝達を行うことを特徴とする請求項12記載の非接触電力伝達装置。
- 1次コイルを窓の内側に配置し、2次コイルを前記窓の外側に配置して、前記窓の内側から外側への電力伝達を行って窓拭き装置を駆動させることを特徴とする請求項13記載の非接触電力伝達装置。
- 暖房便座に2次コイルを配置して、前記暖房便座への電力伝達を行うことを特徴とする請求項14記載の非接触電力伝達装置。
- 負荷に供給する出力の情報をインバータ回路にフィードバックし、前記インバータ回路を制御するフィードバック回路を付加したことを特徴とする請求項1乃至21いずれか記載の非接触電力伝達装置。
- 2次コイルの出力側に、負荷に供給する電圧もしくは電流を安定させる安定化回路を付加したことを特徴とする請求項1乃至21いずれか記載の非接触電力伝達装置。
- 負荷に、前記負荷に供給される電圧もしくは電流を安定させる安定化回路を付加したことを特徴とする請求項1乃至21いずれか記載の非接触電力伝達装置。
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