JP4222115B2 - 非接触電力伝送装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランスを介して電磁的に接続された送電装置と受電装置を備える非接触電力伝送装置に関し、特に、そのトランスを構成する平面状の1次コイルと2次コイルの相対位置関係の適正化が図れるようにしたものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の非接触電力装置としては、図5に示すように、送電装置1と、トランス(図示せず)と、受電装置2とを備え、受電装置2の下部側が送電装置1の凹部11内に着脱自在に嵌まるようになっている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
また、この非接触電力伝送装置では、送電装置1で所定の交流電力が生成され、この生成された電力がトランスを介して受電装置2に伝送され、受電装置2でその交流電力が直流電力に変換されるようになっている。
トランスは、送電装置1の出力が印加される平面状の1次コイルと、この1次コイルと電磁的に結合される平面状の2次コイルとからなり、2次コイルの出力が受電装置2の入力側に印加されるようになっている。
【0004】
トランスの1次コイルは、送電装置1の凹部11の底面内に埋め込まれ、その2次コイルは受電装置2の底面22内に埋め込まれ、受電装置2を送電装置1の凹部11内へ装着したときには、トランスの1次コイルと2次コイルとは電磁的に結合できるようになっている。
【0005】
【特許文献1】
特開平10−23677号公報(図1)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図5に示す非接触電力伝送装置では、送電装置1と受電装置2とを凹部11を介して嵌め込む特別な構造となっている。このため、送電装置1と受電装置2との結合が確実に行える。換言すると、トランスの1次コイルと2次コイルの電磁的な結合が適正(確実)に行える。
【0007】
しかし、トランスの1次コイルと2次コイルの電磁的な結合を適正に行うためには、凹部などの特別な構造が必要となる。このため、従来の非接触電力伝送装置では、上記のような構造上の制約があるために、設計の際にデザイン上の制約があるという不都合がある。
一方、凹部などの特別な構造を採用しない場合には、その使用時に、トランスの1次コイルと2次コイルの電磁的な結合の適正化を図ることが必要な上に、その適正状態を使用者(ユーザ)に認識させる必要がある。
【0008】
そこで、本発明の目的は、特別な構造を採用せずに、使用開始時に、トランスの1次コイルと2次コイルの電磁的な結合の適正化が図れ、その適正状態を使用者が認識できるようにした非接触電力伝送装置を提供することにある。
【0009】
上記の課題を解決し本発明の目的を達成するために、各発明は、以下のように構成した。
【0012】
第1の発明は、第1周波数とそれよりも高い第2周波数とからなる交流信号を選択的に生成可能な送電手段と、前記送電手段の出力が印加される平面状の1次コイルと、この1次コイルに電磁的に結合する平面状の2次コイルとを有し、前記1次コイルと前記2次コイルとが分離自在な変圧手段と、前記2次コイルの出力から直流電圧を生成する整流手段と、前記送電手段に対して第1周波数と第2周波数の交流信号をそれぞれ生成させ、この生成のたびに前記整流手段の各出力電圧に基づいて、前記1次コイルと前記2次コイルの相対位置関係が正常であるか否かをそれぞれ検出し、その各検出がいずれも正常の場合に、その旨を知らせる位置合わせ検出手段と、を備えている。
【0013】
第2の発明は、第1の発明において、前記位置合わせ検出手段は、最初に前記送電手段に対して第1周波数の交流信号を生成させ、この生成時に前記整流手段の出力電圧に基づいて前記1次コイルと前記2次コイルの相対位置関係が正常であるか否かを検出し、それが正常であることを検出した場合には、次に、前記送電手段に対して第2周波数の交流信号を生成させ、この生成時に前記整流手段の出力電圧に基づいて前記1次コイルと前記2次コイルの相対位置関係が正常であるか否かを検出し、それが正常であることを検出した場合には、その旨を知らせるようになっている。
【0014】
第3の発明は、第1の発明において、前記位置合わせ検出手段は、前記整流手段の出力端子に接続自在な検出用抵抗と、前記検出用抵抗が前記整流手段の出力端子に接続されたときに、その検出用抵抗の両端の電圧に基づいて、前記1次コイルと前記2次コイルの相対位置関係が正常であるか否かを判定し、それが正常であると判定した場合にその旨の正常信号を出力する比較器と、前記検出用抵抗を前記整流手段の出力端子に接続状態とし、この状態で、まず前記送電手段に対して第1周波数の交流信号を生成させ、この生成時に前記比較器からの正常信号の出力を監視しそれが出力された場合に、さらに前記送電手段に対して第2周波数の交流信号を生成させ、この生成時に前記比較器からの正常信号の出力を監視しそれが出力された場合に、その正常信号に基づいて表示器に正常である旨の表示をさせる制御回路と、を含んでいる。
【0015】
第4の発明は、第1の発明において、前記整流手段の後段に接続され、かつ、外部からのオンオフ信号に基づいてその動作がオンオフ制御される定電圧回路をさらに含み、前記位置合わせ検出手段は、前記整流手段の出力端子に接続自在な検出用抵抗と、駆動電流により点灯する発光ダイオードと、前記検出用抵抗が前記整流手段の出力端子に接続されたときに、その検出用抵抗の両端電圧が所定範囲に属するか否かを判定し、前記両端電圧が前記所定範囲に属する場合に、前記1次コイルと前記2次コイルの相対位置関係が所定範囲にある旨の正常信号を出力する比較器と、使用開始時に、前記検出用抵抗を前記整流手段の出力端子に接続させるとともに前記定電圧回路の動作をオフにさせ、この状態で、まず前記送電手段に対して第1周波数の交流信号を生成させ、この生成時に前記比較器からの正常信号の出力を監視しそれが出力された場合に、さらに前記送電手段に対して第2周波数の交流信号を生成させ、この生成時に前記比較器からの正常信号の出力を再び監視しそれが出力された場合に、前記検出用抵抗を前記整流手段の出力端子から切り離すとともに前記定電圧回路の動作をオンにさせ、かつ、前記正常信号に基づいて前記発光ダイオードに駆動電流を流して点灯させる制御回路と、を含んでいる。
【0016】
このような構成からなる本発明によれば、特別な構造を採用せずに、使用開始時に、変圧手段(トランス)の1次コイルと2次コイルの電磁的な結合の適正化を図ることができ、かつ、その適正状態を使用者が認識可能となる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
本発明の非接触電力伝送装置の第1実施形態の構成について、図1を参照して説明する。
この第1実施形態に係る非接触電力伝送装置は、図1に示すように、送電装置5と、トランス(変圧器)6と、受電装置7と、位置合わせ検出装置8と、を備えている。
【0018】
送電装置5は、伝送すべき所定の周波数の交流信号(交流電力)を生成する装置であり、図1に示すように、発振回路51と、インバータ回路52と、ドライバ回路53、54と、1次側コンデンサC1、C2とから構成される。
発振回路51は、所定の周波数からなる高周波のパルスを発生する発振周波数が固定の回路である。この発振回路51の発振周波数は、例えば100〔kHz〕〜500〔kHz〕の範囲である。
【0019】
インバータ回路52は、発振回路51の発生するパルスを反転する回路である。ドライバ回路53は、発振回路51の出力を増幅する回路である。ドライバ回路54は、インバータ回路52の出力を増幅する回路である。
1次側コンデンサC1は、ドライバ回路53の出力側とトランス6の1次コイル61の一端側とを交流結合するためのコンデンサである。2次側コンデンサC2は、ドライバ回路54の出力側とトランス6の1次コイル61の他端側とを交流結合するためのコンデンサである。
【0020】
トランス6は、送電装置5で発生する電力を受電装置7側に効率的に伝達するものである。このため、このトランス6は、送電装置5の出力が印加される1次コイル61と、この1次コイル61に電磁的に結合する2次コイル62とを有している。
1次コイル61と2次コイル62は、図2(A)に示すように、例えば絶縁された単線63を同一平面内で渦巻き状に巻いた平面コイルからなる。この巻き数は多いほど良く、例えば10巻き程度である。また、1次コイル61と2次コイル62は、渦巻き状態が適宜手段により維持できるようなっており、全体として円盤状に形成されている(図2(B)参照)。
【0021】
さらに、1次コイル61と2次コイル62は、電力伝送が必要なときには、図2(B)に示すように、その両者の平面同士が重なるようして電磁的に結合させ、電力伝送が不要なときなどにはその両者を物理的に分離できるような簡易な構造になっている。
すなわち、図2(B)に示すように、例えば机64の上に1次コイル61を載せておき、第1実施形態の使用開始時には、その1次コイル61の表面上に第2コイル62を単に重ねるだけで良いようになっている。その一方、その使用終了後などには、第2コイル62を第1コイル61上から取り除くだけで良いようになっている。
【0022】
受電装置7は、送電装置5からの交流電力を受け取って直流電力に変換する装置である。
このために、受電装置7は、図1に示すように、トランス6の2次コイル62の両端に接続されるコンデンサC3と、トランス6の2次コイル62の出力電圧から直流電圧を生成出力する出力整流回路71と、この出力整流回路71の出力端子間に接続されるコンデンサC4と、出力整流回路71の出力電圧の安定化を図り定電圧を出力する定電圧回路72とを備え、定電圧回路72の出力端子には負荷73が接続されるようになっている。
【0023】
また、定電圧回路72は、後述の制御回路84からのオンオフ制御信号により、その動作がオンオフ制御されるようになっている。なお、コンデンサC3は、必要に応じて省略することができる。
位置合わせ検出装置8は、出力整流回路71の出力電圧に基づいて、トランス6の1次コイル61と2次コイル62の相対位置関係が正常であるか否かを検出し、それが正常である場合にその旨を使用者に知らせる装置である。
【0024】
このために、位置合わせ検出装置8は、図1に示すように、検出用抵抗RDと、スイッチSW1と、分圧回路81と、基準電圧源82と、コンパレータ83と、発光ダイオードLEDと、制御回路84とを備えている。
検出用抵抗RDは、スイッチSW1と直列に接続されて直列回路を形成し、その直列回路が出力整流回路71の出力端子の両端に並列に接続されている。従って、検出用抵抗RDは、スイッチSW1のオンにより出力整流回路71の出力端子の両端に接続できるようになっている。
【0025】
スイッチSW1は、例えばMOSトランジスタからなり、制御回路84からのオンオフ信号によりオンオフ制御されるようになっている。
分圧回路81は、抵抗R1と抵抗R2を直列に接続した直列回路からなり、検出用抵抗RDの両端に発生する電圧を分圧し、その分圧電圧をコンパレータ83の+入力端子に供給するようになっている。
【0026】
コンパレータ83は、分圧回路81の分圧電圧を基準電圧源82の基準電圧Vrefと比較し、その分圧電圧が基準電圧Vrefを上回る場合には、トランス6の1次コイル61と2次コイル62の相対位置関係が正常である旨の正常信号を出力するようになっている。
すなわち、コンパレータ83は、トランス6の1次コイル61と2次コイル62の相対位置関係が正常であって、検出用抵抗RDの両端の電圧が正常値にある場合には、正常信号を出力するようになっている。
【0027】
制御回路84は、この第1実施形態の使用開始時に、スイッチSW1をオンにして検出用抵抗RDを出力整流回路71の出力端子に接続させるとともに定電圧回路72の動作をオフにさせ、この状態で、コンパレータ83からの正常信号の出力を監視するようになっている。
さらに、制御回路84は、コンパレータ83から正常信号が出力された場合に、スイッチSW1をオフにして検出用抵抗RDを出力整流回路71の出力端子から切り離すとともに、定電圧回路72の動作をオンにさせ、かつ、その正常信号に基づいて発光ダイオードLEDに駆動電流を流して、発光ダイオードLEDを点灯させるようになっている。
【0028】
次に、図1に示す送電装置5におけるドライバ回路53、54の具体的な回路構成について、図3を参照して説明する。
ドライバ回路53は、図3に示すように、P型とN型のMOSトランジスタQ1,Q2からなるCMOSインバータ回路531で構成されるとともに、CMOSインバータ回路531の動作時に流れる貫通電流を防止する制御回路532を含んでいる。制御回路532は、図示のようにノアゲート5321、アンドゲート5322、インバータIV1〜IV6、コンデンサC11,C12から構成される。
【0029】
ドライバ回路54は、図3に示すように、P型とN型のMOSトランジスタQ3,Q4からなるCMOSインバータ回路541で構成されるとともに、CMOSインバータ回路541の動作時に流れる貫通電流を防止する制御回路542を含んでいる。制御回路542は、図示のようにノアゲート5421、アンドゲート5422、インバータIV11〜IV16、コンデンサC21,C22から構成される。
【0030】
図6の各特性は、負荷抵抗が12.5〔Ω〕、送電装置5の出力電圧(1次側電圧)が5.4〔V〕、1次側コンデンサC1,C2はその容量値が同一のものを使用した場合の試験結果である。また、図6において、曲線aはC1,C2の容量値が大きな場合,曲線bはC1,C2の容量値が中程度の場合、曲線cはC1、C2の容量値が小さな場合である。
【0031】
そして、図6(A)は、送電装置5の入力周波数と効率の関係を示し、図6(B)はその周波数と受電装置7の出力電圧の関係を示し、図6(C)はその周波数と出力電力の関係を示している。
なお、この試験例では、試験時に、位置合わせ検出装置8はその動作を停止させ、発振回路51の出力側に周波数が可変できる可変発振装置の出力を印加し、その可変発振装置の発振周波数を可変することにより特性試験を行うようにした。
【0032】
図6(A)によれば、1次側コンデンサC1,C2の容量値が大きな場合には、周波数が410〔kHz〕のときに最大効率となり、その最大効率は64.6〔%〕である。このときには、入力電力が5.4〔V〕×1.38〔A〕=7.45〔W〕で、出力電力が7.80〔V〕×0.62〔A〕=4.83〔W〕である(図6(B)(C)参照)。また、図6(C)によれば、C1,C2の容量値が大きな場合には、周波数が410〔kHz〕のときに最大出力となり、その最大出力は7.80〔V〕×0.62〔A〕=4.83〔W〕となり、このときの入力電力は5.4〔V〕×1.38〔A〕=7.45〔W〕である。
【0033】
次に、図6(A)によれば、1次側コンデンサがC1,C2の容量値が中程度の場合には、周波数が620〔kHz〕のときに最大効率となり、その最大効率は64.4〔%〕となる。このときには、入力電力が5.4〔V〕×0.90〔A〕=4.86〔W〕で、出力電力は6.29〔V〕×0.50〔A〕=3.14〔W〕ある。また、図6(C)によれば、C1,C2の容量値が中程度の場合には、周波数が580〔kHz〕のときに最大出力となり、その最大出力は6.42〔V〕×0.50〔A〕=3.23〔W〕となり、このときの入力電力は5.4〔V〕×0.94〔A〕=5.07〔W〕である。
【0034】
さらに、図6(A)によれば、1次コンデンサC1,C2の容量値が小さな場合には、周波数が810〔kHz〕のときに最大効率となり、その最大効率は62.5〔%〕となる。このときには、入力電力が5.4〔V〕×0.82〔A〕=4.43〔W〕で、出力電力は5.94〔V〕×0.47〔A〕=2.79〔W〕である。また、図6(C)によれば、C1,C2の容量値が小さな場合には、周波数が810〔kHz〕のときに最大出力となり、その最大出力は、5.94Vで×0.47〔V〕=2.78〔W〕であり、このときの入力電力は5.4〔V〕×0.82〔A〕=4.43〔W〕である。
【0035】
以上の結果から明らかなように、1次側コンデンサC1,C2の容量値が大きなほど最大出力電力が大きく、その容量値が大きなほど共振周波数(極値の周波数)が低いことがわかる。また、発振周波数の制御により出力電圧の制御ができ(図6(B)参照)、最大出力電力は4.83〔W〕で、最大効率が64〔%〕となる。
【0036】
なお、このような第1実施形態の特性、すなわち発振周波数の制御により出力電圧が制御でき、電力の伝送効率が(変換効率)が良いなどの特性は、後述の他の実施形態の特性においても同様である。
次に、このような構成からなる第1実施形態の動作について、図1を参照して説明する。
【0037】
この第1実施形態では、送電装置5が所定の周波数の高周波信号を生成し、その高周波信号がトランス6を介して受電装置7に高効率で伝送できる(図6(A)参照)。このため、送電装置5では大きな電力が生成され、それが効率良く受電装置7に伝送できる。
しかし、この場合に、トランス6の1次コイル61と2次コイル62との電磁的な結合を適正に行う必要があるが、この第1実施形態では、そのために従来のような特別な構造を採用していない(図5参照)。したがって、その適正化を何らかの方法で図る必要がある上に、それが適正であることを使用者に認識させる必要がある。
【0038】
そこで、この第1実施形態では、使用開始時に、位置合わせ検出装置8が、出力整流回路71の出力電圧に基づいて、トランス6の1次コイル61と2次コイル62の相対位置関係が正常であるか否かを検出し、それが正常である場合にその旨を知らせるようにした。
すなわち、制御回路84は、この第1実施形態の使用開始時に、スイッチSW1をオンにして検出用抵抗RDを出力整流回路71の出力端子に接続させるとともに定電圧回路72の動作をオフにさせ、この状態で、コンパレータ83からの正常信号の出力を監視する。
【0039】
コンパレータ83は、分圧回路81の分圧電圧、すなわち、検出用抵抗RDの両端の電圧を基準電圧源82の基準電圧Vrefと比較する。このとき、図2(B)に示すように、1次コイル61と2次コイル62の相対位置関係が正常(適正)であったとする。この場合には、検出用抵抗RDの両端の電圧が基準電圧Vrefを上回るので、コンパレータ83は、その相対位置関係が正常である旨の正常信号を出力する。
【0040】
このようにコンパレータ83から正常信号が出力されると、制御回路84は、スイッチSW1をオフにして検出用抵抗RDを出力整流回路71の出力端子から切り離すとともに、定電圧回路72の動作をオンにさせる。さらに、制御回路84は、その正常信号に基づいて発光ダイオードLEDに駆動電流を流して、発光ダイオードLEDを点灯させる。この点灯により、使用者は、トランス6の1次コイル61と2次コイル62の相対位置関係が適正であることを認識できる。
【0041】
一方、図2(C)に示すように、1次コイル61と2次コイル62の相対位置関係が正常でなかったとする。この場合には、検出用抵抗RDの両端の電圧が基準電圧Vrefを上回ることはないので、コンパレータ83は、上記の正常信号を出力しない。このため、制御回路84は、発光ダイオードLEDを点灯させることができない。
【0042】
発光ダイオードLEDが点灯しない場合には、使用者は、例えば2次コイル62の位置を調整する。この調整により、1次コイル61と2次コイル62の相対位置が図2(B)に示すような正常位置になると、発光ダイオードLEDが点灯する。この結果、使用者は、その相対位置が適正となったことを認識でき、その調整を止める。
【0043】
次に、本発明の非接触電力伝送装置の第2実施形態の構成について、図4を参照して説明する。
この第2実施形態に係る非接触電力伝送装置は、図4に示すように、送電装置5Aと、トランス6と、受電装置7と、位置合わせ検出装置9と、を備えている。
【0044】
送電装置5Aは、所定の周波数の交流信号を生成する装置であり、図4に示すように、発振回路51Aと、インバータ回路52と、ドライバ回路53、54と、1次側コンデンサC1、C2とから構成される。
発振回路51Aは、高周波のパルスを発生する回路であり、発振周波数は例えば100〔kHz〕〜500〔kHz〕の範囲である。また、この発振回路51Aは、後述の周波数制御回路97からの周波数制御信号により周波数f1と周波数f2とが選択され、この選択された周波数f1またはf2で発振ができるようになっている。
【0045】
ここで、周波数f1、f2の関係は、f1<f2であり、例えば、f1=100〔kHz〕,f2=400〔kHz〕程度である。
この第2実施形態では、上記のように受電装置7の出力電圧が送電装置5Aの発振回路51Aの発振周波数に依存するので(図6(B)参照)、その周波数f1,f2によりその出力電圧が異なることになる。
インバータ回路52、ドライバ回路53、54、および1次側コンデンサC1,C2は、図1に示すインバータ回路52、ドライバ回路53、54、および1次側コンデンサC1,C2と同様に構成するので、その詳細な説明はここでは省略する。
【0046】
また、トランス6および受電装置7は、図1に示すトランス6および受電装置7と同様に構成するので、その構成要素には同一符号を付し、その詳細な説明はここでは省略する。
位置合わせ検出装置9は、使用開始時に、まず、送電装置5aの発振回路51Aを周波数f1で発振させ、この状態で出力整流回路71の出力電圧に基づいてトランス6の1次コイル61と2次コイル62の相対位置関係が正常であるか否かを検出し、それが正常であることを検出した場合には、次に、発振回路51Aを周波数f2で再び発振させ、この状態で出力整流回路71の出力電圧に基づいてその相対位置関係が正常であるか否かを再び検出し、それが正常であることを検出した場合には、その相対位置関係が適正である旨を使用者に知らせるための装置である。
【0047】
このために、位置合わせ検出装置9は、図4に示すように、検出用抵抗RDと、スイッチSW1と、分圧回路91と、基準電圧源92と、コンパレータ93と、発光ダイオードLEDと、制御回路94と、共振回路95と、補助トランス96と、周波数制御回路97と、を備えている。
検出用抵抗RDは、スイッチSW1と直列に接続されて直列回路を形成し、その直列回路が出力整流回路71の出力端子の両端に並列に接続されている。従って、検出用抵抗RDは、スイッチSW1のオンにより出力整流回路71の出力端子の両端に接続できるようになっている。
【0048】
分圧回路91は、抵抗R3と可変抵抗VR1を直列に接続した直列回路からなり、検出用抵抗RDの両端に発生する電圧を分圧し、その分圧電圧をコンパレータ93の+入力端子に供給するようになっている。可変抵抗VR1は、制御回路94からの抵抗値制御信号により抵抗値が可変できるようになっている。
コンパレータ93は、分圧回路91の分圧電圧を基準電圧源92の基準電圧Vrefと比較し、その分圧電圧が基準電圧Vrefを上回る場合には、トランス6の1次コイル61と2次コイル62の相対位置関係が正常である旨の正常信号を出力するようになっている。
【0049】
すなわち、コンパレータ93は、トランス6の1次コイル61と2次コイル62の相対位置関係が正常であって、検出用抵抗RDの両端の電圧が正常値にある場合には、正常信号を出力するようになっている。
制御回路94は、この第2実施形態の使用開始時に、スイッチSW1をオンにして検出用抵抗RDを出力整流回路71の出力端子に接続させるとともに、定電圧回路72の動作をオフにさせ、この状態で、発振回路51Aが周波数f1で発振するように制御し、コンパレータ93からの正常信号の出力を監視するようになっている。
【0050】
また、制御回路94は、コンパレータ93から最初の正常信号が出力された場合に、発振回路51Aが周波数f2で再び発振するように制御し、コンパレータ93からの正常信号の出力を再び監視するようになっている。
さらに、制御回路94は、コンパレータ93から再び正常信号が出力された場合に、スイッチSW1をオフにして検出用抵抗RDを出力整流回路71の出力端子から切り離すとともに、定電圧回路72の動作をオンにさせ、かつ、その正常信号に基づいて発光ダイオードLEDに駆動電流を流して、発光ダイオードLEDを点灯させるようになっている。
【0051】
共振回路95は、制御回路94から出力される周波数制御信号に基づいて所定の交流信号を生成する回路である。
補助トランス96は、共振回路95の出力が印加される1次コイルと、この1次コイルに電磁的に結合する2次コイルとを有している。また、この補助トランス96の1次コイルと2次コイルは、例えば、トランス6の1次コイル61と2次コイル62と同様に平面コイルからなるが、信号を伝送することを目的とするのでその規模は小規模のものである。さらに、この補助トランス96の1次コイルと2次コイルは、トランス6の1次コイル61と2次コイル62との接続と分離に連動して、その接続と分離ができるようになっている。
【0052】
周波数制御回路97は、制御回路94からの周波数制御信号を補助トランス96の2次コイルから受け取ると、その信号に基づいて発振回路51Aの発振周波数をf1またはf2に制御する回路である。
次に、このような構成からなる第2実施形態の動作について、図4を参照して説明する。
【0053】
この第2実施形態では、送電装置5Aが所定の周波数の高周波信号を生成し、その高周波信号がトランス6を介して受電装置7に高効率で伝送できる(図6(A)参照)。このため、送電装置5Aでは大きな電力が生成され、それを効率良く受電装置7に伝送できる。
しかし、この場合に、トランス6の1次コイル61と2次コイル62との電磁的な結合を適正に行う必要があるが、この第2実施形態では、そのために従来のような特別な構造を採用していない(図5参照)。したがって、その適正化を何らかの方法で図る必要がある上に、それが適正であることを使用者に認識させる必要がある。
【0054】
そこで、この第2実施形態では、使用開示時に、位置合わせ検出装置9が、まず、送電装置5aの発振回路51Aを周波数f1(例えば100kHz)で発振させ、この状態で出力整流回路71の出力電圧に基づいてトランス6の1次コイル61と2次コイル62の相対位置関係が正常であるか否かを検出し、それが正常であることを検出した場合には、次に、発振回路51Aを周波数f2(例えば400kHz)で再び発振させ、この状態で出力整流回路71の出力電圧に基づいてその相対位置関係が正常であるか否かを再び検出し、それが正常であることを検出した場合には、その相対位置関係が適正である旨を使用者に知らせるようにした。
【0055】
すなわち、制御回路94は、この第2実施形態の使用開始時に、スイッチSW1をオンにして検出用抵抗RDを出力整流回路71の出力端子に接続させるとともに、定電圧回路72の動作をオフにさせ、この状態で、発振回路51Aが周波数f1で発振するように制御し、コンパレータ93からの正常信号の出力を監視する。
【0056】
コンパレータ93は、分圧回路91の分圧電圧、すなわち、検出用抵抗RDの両端の電圧を基準電圧源92の基準電圧Vrefと比較する。このとき、図2(B)に示すように、1次コイル61と2次コイル62の相対位置関係が適正であったとする。この場合には、検出用抵抗RDの両端の電圧が基準電圧Vrefを上回るので、コンパレータ93は、その相対位置関係が正常である旨の正常信号を出力する。
【0057】
このようにコンパレータ93からの正常信号の出力により、制御回路94は、抵抗値制御信号により分圧回路91の可変抵抗VR1の抵抗値を所定値に変更したのち、発振回路51Aが周波数f2で再び発振するように制御し、コンパレータ93からの正常信号の出力を再び監視する。
ここで、可変抵抗VR1の抵抗値を所定値に変更する理由は、以下の通りである。すなわち、発振回路51Aの発振周波数をf2に変更すると、その発振周波数がf1の場合に比べて、出力整流回路71の出力電圧が相対的に増加し、コンパレータ93の入力電圧が変化する。しかし、コンパレータ93の基準電圧Vrefは一定のままであるので、コンパレータ93は、発振回路51Aの周波数がf2の場合の入力電圧を正確に判定処理できないためである。
【0058】
このとき、図2(B)に示すように、1次コイル61と2次コイル62の相対位置関係が正常であったとすると、コンパレータ93は、その相対位置関係が正常である旨の正常信号を再び出力する。
このようにコンパレータ93から正常信号が再び出力されると、これを条件に、制御回路94は、スイッチSW1をオフにして検出用抵抗RDを出力整流回路71の出力端子から切り離すとともに、定電圧回路72の動作をオンにさせる。さらに、制御回路94は、その正常信号に基づいて発光ダイオードLEDに駆動電流を流して、発光ダイオードLEDを点灯させる。
【0059】
この点灯により、使用者は、トランス6の1次コイル61と2次コイル62の相対位置関係が正常であることを認識できる。
一方、図2(C)に示すように、1次コイル61と2次コイル62の相対位置関係が正常でなかったとする。この場合には、検出用抵抗RDの両端の電圧が基準電圧Vrefを上回ることはないので、コンパレータ93は、上記の正常信号を出力しない。このため、制御回路94は、発光ダイオードLEDを点灯させることができない。
【0060】
発光ダイオードLEDが点灯しない場合には、使用者は、例えば2次コイル62の位置を調整する。この調整により、1次コイル61と2次コイル62の相対位置が図2(B)に示すような適正位置になると、発光ダイオードLEDが点灯する。この結果、使用者は、その相対位置が適正となったことを認識でき、その調整を止める。
【0061】
以上説明したように、この第2実施形態では、先に周波数f1で発振回路51Aを発振させて出力整流回路71から小さな出力電圧を得るようし、その小さな出力電圧に基づいて、トランス6の1次コイル61と2次コイル62の相対位置関係が正常であるか否かを検出するようにした。そして、それが正常である場合に、さらに、周波数f1よりも高い周波数f2で発振回路51Aを発振させて出力整流回路71から大きな出力電圧(例えば、使用時の出力電圧)を得るようし、その大きな出力電圧に基づいて、その相対位置関係が正常であるか否かを検出し、それが正常である場合に発光ダイオードを点灯するようにした。
【0062】
このため、第2実施形態によれば、構造上の制約を受けることなく、トランスの1次コイルと2次コイルの電磁的な結合の適正化が図れ、かつ、その適正状態を使用者が認識できる。また、1次コイルと2コイルとの間の異物(金属片など)の有無を判断することができる。すなわち、金属片に対して、大きな出力電圧を与えると発熱の危険があるため、小さな出力電圧を与えることにより、この危険を回避することができる。
【0063】
なお、上記の各実施形態では、コンパレータ83、93は、通常のコンパレータを使用するようにした。しかし、そのコンパレータ83、93を、ウインドウ・コンパレータに置き換えるようにしても良い。
このようにウインドウ・コンパレータに置き換えると、1次コイル61と2次コイル62の相対位置関係が正常か否かを判定する際に、その判定の際の許容範囲を設けることができ、その判定動作の確実化、安定化を図ることができる。
【0064】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、特別な構造を採用することなく、使用開始時に、変圧手段の1次コイルと2次コイルの電磁的な結合の適正化を図ることができ、かつ、その適正状態を使用者が認識可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態の構成を示すブロック図である。
【図2】図1のトランスの1次および2次コイルを説明する図であり、(A)はその両コイルの構成を示す平面図、(B)(C)はそのコイルの使用状態の例を示す側面図である。
【図3】図1のドライバ回路の具体的な回路図であり、その制御回路を含んでいる。
【図4】本発明の第2実施形態の構成を示すブロック図である。
【図5】従来装置の構成を示す斜視図である。
【図6】第1実施形態において、1次側の発振周波数と、効率、出力電圧、および出力電力との関係を示す試験結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
5、5Aは送電装置、6はトランス、7は受電装置、8、9は位置合わせ検出装置、51、51Aは発振回路、61は1次コイル、62は2次コイル、71は出力整流回路、73は負荷、83、93はコンパレータ(比較器)、84、94は制御回路、97は周波数制御回路である。
Claims (4)
- 第1周波数とそれよりも高い第2周波数とからなる交流信号を選択的に生成可能な送電手段と、
前記送電手段の出力が印加される平面状の1次コイルと、この1次コイルに電磁的に結合する平面状の2次コイルとを有し、前記1次コイルと前記2次コイルとが分離自在な変圧手段と、
前記2次コイルの出力から直流電圧を生成する整流手段と、
前記送電手段に対して第1周波数と第2周波数の交流信号をそれぞれ生成させ、この生成のたびに前記整流手段の各出力電圧に基づいて、前記1次コイルと前記2次コイルの相対位置関係が正常であるか否かをそれぞれ検出し、その各検出がいずれも正常の場合に、その旨を知らせる位置合わせ検出手段と、
を備えたことを特徴とする非接触電力伝送装置。 - 前記位置合わせ検出手段は、最初に前記送電手段に対して第1周波数の交流信号を生成させ、この生成時に前記整流手段の出力電圧に基づいて前記1次コイルと前記2次コイルの相対位置関係が正常であるか否かを検出し、それが正常であることを検出した場合には、次に、前記送電手段に対して第2周波数の交流信号を生成させ、この生成時に前記整流手段の出力電圧に基づいて前記1次コイルと前記2次コイルの相対位置関係が正常であるか否かを検出し、それが正常であることを検出した場合には、その旨を知らせるようになっていること特徴とする請求項1に記載の非接触電力伝送装置。
- 前記位置合わせ検出手段は、
前記整流手段の出力端子に接続自在な検出用抵抗と、
前記検出用抵抗が前記整流手段の出力端子に接続されたときに、その検出用抵抗の両端の電圧に基づいて、前記1次コイルと前記2次コイルの相対位置関係が正常であるか否かを判定し、それが正常であると判定した場合にその旨の正常信号を出力する比較器と、
前記検出用抵抗を前記整流手段の出力端子に接続状態とし、この状態で、まず前記送電手段に対して第1周波数の交流信号を生成させ、この生成時に前記比較器からの正常信号の出力を監視しそれが出力された場合に、さらに前記送電手段に対して第2周波数の交流信号を生成させ、この生成時に前記比較器からの正常信号の出力を監視しそれが出力された場合に、その正常信号に基づいて表示器に正常である旨の表示をさせる制御回路と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の非接触電力伝送装置。 - 前記整流手段の後段に接続され、かつ、外部からのオンオフ信号に基づいてその動作がオンオフ制御される定電圧回路をさらに含み、
前記位置合わせ検出手段は、
前記整流手段の出力端子に接続自在な検出用抵抗と、
駆動電流により点灯する発光ダイオードと、
前記検出用抵抗が前記整流手段の出力端子に接続されたときに、その検出用抵抗の両端電圧が所定範囲に属するか否かを判定し、前記両端電圧が前記所定範囲に属する場合に、前記1次コイルと前記2次コイルの相対位置関係が所定範囲にある旨の正常信号を出力する比較器と、
使用開始時に、前記検出用抵抗を前記整流手段の出力端子に接続させるとともに前記定電圧回路の動作をオフにさせ、この状態で、まず前記送電手段に対して第1周波数の交流信号を生成させ、この生成時に前記比較器からの正常信号の出力を監視しそれが出力された場合に、さらに前記送電手段に対して第2周波数の交流信号を生成させ、この生成時に前記比較器からの正常信号の出力を再び監視しそれが出力された場合に、前記検出用抵抗を前記整流手段の出力端子から切り離すとともに前記定電圧回路の動作をオンにさせ、かつ、前記正常信号に基づいて前記発光ダイオードに駆動電流を流して点灯させる制御回路と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の非接触電力伝送装置。
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