JP4941417B2 - 非接触電力伝送装置 - Google Patents

Description

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。

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）。

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。

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。

特開平１０−２３６７７号公報（図１）

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。

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。

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。

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。

第１の発明は、送電手段と、前記送電手段からの出力信号が印加される１次コイルと、前記１次コイルから電力が伝送される２次コイルと、前記２次コイルに電気的に接続される受電手段と、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する位置合わせ検出手段と、を含み、前記位置合わせ検出手段は制御手段を含み、
前記位置合わせ検出手段は、一端が前記整流手段の出力に電気的に接続された検出用抵抗と、前記検出用抵抗の他端に電気的に接続されたスイッチと、を含み、前記制御手段は、前記位置合わせ検出手段が前記相対位置関係の検出を行う場合に前記スイッチをオンにさせ、前記相対位置関係が正常であると前記位置合わせ検出手段が検出した場合に前記スイッチをオフにさせる。
第２の発明は、第１の発明において、前記受電手段は整流手段及び電圧安定化手段を含み、前記位置合わせ検出手段及び前記電圧安定化手段は前記整流手段の出力に電気的に接続され、前記制御手段は、前記位置合わせ検出手段が前記相対位置関係の検出を行う場合に前記電圧安定化手段の動作をオフにさせ、前記位置合わせ検出手段が前記相対位置関係が正常であると検出した場合に前記電圧安定化手段の動作をオンにさせる。
第３の発明は、第１または第２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に電気的に接続された第１の抵抗と、前記第１の抵抗に直列に接続された第２の抵抗と、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続ノードの電圧を基準電圧と比較する比較器と、を含み、前記比較器の出力信号が前記制御手段に入力される。

第４の発明は、１次コイルから電力が伝送される２次コイルに電気的に接続される受電手段と、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する位置合わせ検出手段と、を含み、前記位置合わせ検出手段は制御手段を含み、前記位置合わせ検出手段は、一端が前記整流手段の出力に電気的に接続された検出用抵抗と、前記検出用抵抗の他端に電気的に接続されたスイッチと、を含み、前記制御手段は、前記位置合わせ検出手段が前記相対位置関係の検出を行う場合に前記スイッチをオンにさせ、前記相対位置関係が正常であると前記位置合わせ検出手段が検出した場合に前記スイッチをオフにさせる。
第５の発明は、第４の発明において、前記受電手段は整流手段及び電圧安定化手段を含み、前記位置合わせ検出手段及び前記電圧安定化手段は前記整流手段の出力に電気的に接続され、前記制御手段は、前記位置合わせ検出手段が前記相対位置関係の検出を行う場合に前記電圧安定化手段の動作をオフにさせ、前記位置合わせ検出手段が前記相対位置関係が正常であると検出した場合に前記電圧安定化手段の動作をオンにさせる。
第６の発明は、第４または第５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に電気的に接続された第１の抵抗と、前記第１の抵抗に直列に接続された第２の抵抗と、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続ノードの電圧を基準電圧と比較する比較器と、を含み、前記比較器の出力信号が前記制御手段に入力される。

第７の発明は、送電手段と、前記送電手段からの出力信号が印加される１次コイルと、前記１次コイルから電力が伝送される２次コイルと、前記２次コイルに電気的に接続される受電手段と、制御手段を含む検出手段と、を含み、前記検出手段は前記整流手段の出力電圧が所定値以上であるか否かを検出し、前記検出手段は、一端が前記整流手段の出力に電気的に接続された検出用抵抗と、前記検出用抵抗の他端に電気的に接続されたスイッチと、を含み、前記制御手段は、前記検出手段が前記出力電圧の検出を行う場合に前記スイッチをオンにさせ、前記出力電圧が所定値以上であると前記検出手段が検出した場合に前記スイッチをオフにさせる。
第８の発明は、第７の発明において、前記受電手段は整流手段及び電圧安定化手段を含み、前記検出手段及び前記電圧安定化手段は前記整流手段の出力に電気的に接続され、前記制御手段は、前記検出手段が前記出力電圧の検出を行う場合に前記電圧安定化手段の動作をオフにさせ、前記検出手段が前記出力電圧が所定値以上であると検出した場合に前記電圧安定化手段の動作をオンにさせる。
第９の発明は、第７または第８の発明において、前記検出手段は、前記整流手段の出力に電気的に接続された第１の抵抗と、前記第１の抵抗に直列に接続された第２の抵抗と、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続ノードの電圧を基準電圧と比較する比較器と、を含み、前記比較器の出力信号が前記制御手段に入力される。

第１０の発明は、１次コイルから電力が伝送される２次コイルに電気的に接続される受電手段と、制御手段を含む検出手段と、を含み、前記検出手段は前記整流手段の出力電圧が所定値以上であるか否かを検出し、前記検出手段は、一端が前記整流手段の出力に電気的に接続された検出用抵抗と、前記検出用抵抗の他端に電気的に接続されたスイッチと、を含み、前記制御手段は、前記検出手段が前記出力電圧の検出を行う場合に前記スイッチをオンにさせ、前記出力電圧が所定値以上であると前記検出手段が検出した場合に前記スイッチをオフにさせる。
第１１の発明は、第１０の発明において、前記受電手段は整流手段及び電圧安定化手段を含み、前記検出手段及び前記電圧安定化手段は前記整流手段の出力に電気的に接続され、前記制御手段は、前記検出手段が前記出力電圧の検出を行う場合に前記電圧安定化手段の動作をオフにさせ、前記検出手段が前記出力電圧が所定値以上であると検出した場合に前記電圧安定化手段の動作をオンにさせる。
第１２の発明は、第１０または第１１の発明において、前記検出手段は、前記整流手段の出力に電気的に接続された第１の抵抗と、前記第１の抵抗に直列に接続された第２の抵抗と、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続ノードの電圧を基準電圧と比較する比較器と、を含み、前記比較器の出力信号が前記制御手段に入力される。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

次に、図１に示す送電装置５におけるインバータ回路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。
インバータ回路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。

インバータ回路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。
このような構成からなる第１実施形態は、送電装置５の発振回路５１の発振周波数を変えると、これに応じて受電装置７に接続される負荷の出力電圧、出力電力、および効率がそれぞれ変化するという特性を持っているので、以下にその各特性の試験例について図６を参照して説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 本発明の第２実施形態の構成を示すブロック図である。 従来装置の構成を示す斜視図である。 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 (12)

1. 送電手段と、
   前記送電手段からの出力信号が印加される１次コイルと、
   前記１次コイルから電力が伝送される２次コイルと、
   前記２次コイルに電気的に接続される受電手段と、
   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する位置合わせ検出手段と、
   を含み、
   前記位置合わせ検出手段は制御手段を含み、
   前記位置合わせ検出手段は、
   一端が前記整流手段の出力に電気的に接続された検出用抵抗と、
   前記検出用抵抗の他端に電気的に接続されたスイッチと、
   を含み、
   前記制御手段は、前記位置合わせ検出手段が前記相対位置関係の検出を行う場合に前記スイッチをオンにさせ、前記相対位置関係が正常であると前記位置合わせ検出手段が検出した場合に前記スイッチをオフにさせることを特徴とする非接触電力伝送装置。
2. 前記受電手段は整流手段及び電圧安定化手段を含み、
   前記位置合わせ検出手段及び前記電圧安定化手段は前記整流手段の出力に電気的に接続され、
   前記制御手段は、前記位置合わせ検出手段が前記相対位置関係の検出を行う場合に前記電圧安定化手段の動作をオフにさせ、前記位置合わせ検出手段が前記相対位置関係が正常であると検出した場合に前記電圧安定化手段の動作をオンにさせる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。
3. 前記位置合わせ検出手段は、
   前記整流手段の出力に電気的に接続された第１の抵抗と、
   前記第１の抵抗に直列に接続された第２の抵抗と、
   前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続ノードの電圧を基準電圧と比較する比較器と、
   を含み、
   前記比較器の出力信号が前記制御手段に入力されることを特徴とする請求項１または２に記載の非接触電力伝送装置。
4. １次コイルから電力が伝送される２次コイルに電気的に接続される受電手段と、
   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する位置合わせ検出手段と、
   を含み、
   前記位置合わせ検出手段は制御手段を含み、
   前記位置合わせ検出手段は、
   一端が前記整流手段の出力に電気的に接続された検出用抵抗と、
   前記検出用抵抗の他端に電気的に接続されたスイッチと、
   を含み、
   前記制御手段は、前記位置合わせ検出手段が前記相対位置関係の検出を行う場合に前記スイッチをオンにさせ、前記相対位置関係が正常であると前記位置合わせ検出手段が検出した場合に前記スイッチをオフにさせることを特徴とする受電装置。
5. 前記受電手段は整流手段及び電圧安定化手段を含み、
   前記位置合わせ検出手段及び前記電圧安定化手段は前記整流手段の出力に電気的に接続され、
   前記制御手段は、前記位置合わせ検出手段が前記相対位置関係の検出を行う場合に前記電圧安定化手段の動作をオフにさせ、前記位置合わせ検出手段が前記相対位置関係が正常であると検出した場合に前記電圧安定化手段の動作をオンにさせることを特徴とする請求項４に記載の受電装置。
6. 前記位置合わせ検出手段は、
   前記整流手段の出力に電気的に接続された第１の抵抗と、
   前記第１の抵抗に直列に接続された第２の抵抗と、
   前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続ノードの電圧を基準電圧と比較する比較器と、
   を含み、
   前記比較器の出力信号が前記制御手段に入力されることを特徴とする請求項４または５に記載の受電装置。
7. 送電手段と、
   前記送電手段からの出力信号が印加される１次コイルと、
   前記１次コイルから電力が伝送される２次コイルと、
   前記２次コイルに電気的に接続される受電手段と、
   制御手段を含む検出手段と、
   を含み、
   前記検出手段は前記整流手段の出力電圧が所定値以上であるか否かを検出し、
   前記検出手段は、
   一端が前記整流手段の出力に電気的に接続された検出用抵抗と、
   前記検出用抵抗の他端に電気的に接続されたスイッチと、
   を含み、
   前記制御手段は、前記検出手段が前記出力電圧の検出を行う場合に前記スイッチをオンにさせ、前記出力電圧が所定値以上であると前記検出手段が検出した場合に前記スイッチをオフにさせることを特徴とする非接触電力伝送装置。
8. 前記受電手段は整流手段及び電圧安定化手段を含み、
   前記検出手段及び前記電圧安定化手段は前記整流手段の出力に電気的に接続され、
   前記制御手段は、前記検出手段が前記出力電圧の検出を行う場合に前記電圧安定化手段の動作をオフにさせ、前記検出手段が前記出力電圧が所定値以上であると検出した場合に前記電圧安定化手段の動作をオンにさせることを特徴とする請求項７に記載の非接触電力伝送装置。
9. 前記検出手段は、
   前記整流手段の出力に電気的に接続された第１の抵抗と、
   前記第１の抵抗に直列に接続された第２の抵抗と、
   前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続ノードの電圧を基準電圧と比較する比較器と、
   を含み、
   前記比較器の出力信号が前記制御手段に入力されることを特徴とする請求項７または８に記載の非接触電力伝送装置。
10. １次コイルから電力が伝送される２次コイルに電気的に接続される受電手段と、
    制御手段を含む検出手段と、
    を含み、
    前記検出手段は前記整流手段の出力電圧が所定値以上であるか否かを検出し、
    前記検出手段は、
    一端が前記整流手段の出力に電気的に接続された検出用抵抗と、
    前記検出用抵抗の他端に電気的に接続されたスイッチと、
    を含み、
    前記制御手段は、前記検出手段が前記出力電圧の検出を行う場合に前記スイッチをオンにさせ、前記出力電圧が所定値以上であると前記検出手段が検出した場合に前記スイッチをオフにさせることを特徴とする受電装置。
11. 前記受電手段は整流手段及び電圧安定化手段を含み、
    前記検出手段及び前記電圧安定化手段は前記整流手段の出力に電気的に接続され、
    前記制御手段は、前記検出手段が前記出力電圧の検出を行う場合に前記電圧安定化手段の動作をオフにさせ、前記検出手段が前記出力電圧が所定値以上であると検出した場合に前記電圧安定化手段の動作をオンにさせることを特徴とする請求項１０に記載の受電装置。
12. 前記検出手段は、
    前記整流手段の出力に電気的に接続された第１の抵抗と、
    前記第１の抵抗に直列に接続された第２の抵抗と、
    前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続ノードの電圧を基準電圧と比較する比較器と、
    を含み、
    前記比較器の出力信号が前記制御手段に入力されることを特徴とする請求項１０または１１に記載の受電装置。

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