JPH0731064A - 非接触形充電器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 充電部上に被充電部がない場合に交流磁束の
発生を間欠的に停止して電力損失を防ぐとともに、被充
電部以外の金属製異物が置かれた場合に電磁誘導による
過熱を防止する。 【構成】 商用電源Ｓから電力供給を受けて一次巻線Ｎ
１を設けた一次側コイル部１で交流磁束を発生する磁束
発生部２０と、磁束発生部２０を駆動制御する駆動制御
部２２とを有する充電部３と、一次側コイル部１に電磁
結合する二次巻線Ｎ２を設けた二次側コイル部２を有し
ていて二次巻線Ｎ２の誘起電圧を整流平滑して二次電池
Ｂを充電する被充電部４とを具備している。そして、駆
動制御部２２によって被充電部４の有無を判別し、当該
被充電部４が無い場合に前記磁束発生部２０への駆動信
号の供給を間欠的に停止する構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コードレス電話機、電
動歯ブラシ、電動ひげそり等の電源として利用される二
次電池（充電式電池）を充電するための充電器に係り、
とくに二次電池を含む被充電部と充電部とが接続端子を
持たず、電磁誘導によって充電部から被充電部に電力供
給を行い、二次電池を充電することができる非接触形充
電器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電池を電源とする機器は多く、携
帯型の機器が増加する中で、ニッケル−カドミウム（Ｎ
ｉ−Ｃｄ）電池等の繰り返し充電の行える二次電池が用
いられおり、コードレス電話機、ラップトップ、ノー
ト、パームトップ型パソコン等がその用途の代表であ
る。そして、その二次電池を充電するのに一般に接触形
充電器が用いられている。

【０００３】このような接触形充電器は、図１４の回路
図で示すように、充電部５０と二次電池Ｂを内蔵した被
充電部５１（例えばコードレス電話機では子機に対応）
とからなっている。充電部５０は、商用電源（ＡＣ１０
０Ｖ）からの交流入力を絶縁型トランスＴ１の一次側に
入力し、二次側のブリッジ整流器Ｄ１０及び平滑用コン
デンサＣ１０で構成された整流平滑回路で５Ｖ〜７Ｖの
二次電池を充電する直流電圧を作成し、抵抗Ｒにより簡
易的に定電流にして該直流電圧を充電部側の接触子Ｐ
１，Ｐ２から出力するものである。被充電部５１は二次
電池Ｂに接続した接触子Ｐ３，Ｐ４を有している。そし
て、この接触形充電器は、充電時に充電部側と被充電部
側の接触子同士を接触させ、被充電部５１の二次電池Ｂ
に通電し充電する構造となっている。

【０００４】ところで、上記接触形充電器は、外部に接
触子Ｐ１乃至Ｐ４が露出しているため、該接触子Ｐ１乃
至Ｐ４が錆びたり、表面酸化や腐食が発生して接触不良
となる恐れがある。また、充電部側の接触子Ｐ１，Ｐ２
の間、又は被充電部側の接触子Ｐ３，Ｐ４の間に硬貨、
クリップ等の導電性異物が置かれたりすると、それぞれ
の接触子間が短絡し、充電部５０の故障や被充電部５１
の二次電池の破壊が生じてしまう恐れがある。

【０００５】そこで、上記接触形充電器の欠点を改善す
る充電器として、図１５及び図１６に示すような、非接
触形充電器が知られている。この従来の非接触形充電器
は、電動歯ブラシ等に利用されているもので、商用電源
からの電力供給を受け、一次巻線４１を設けた一次側コ
イル部４２で交流磁束を発生する充電部３１と、前記一
次側コイル部４２に電磁結合する二次巻線４３を設けた
二次側コイル部４４を有する被充電部３２とで構成され
ている。前記充電部３１は、中央に載置凹部３３を有す
る非磁性樹脂製のケース３４内に交流磁束を発生するた
めの一次側コイル部４２を収納固定したものであり、前
記被充電部３２は、非磁性樹脂製の円筒状ケース３５内
に二次側コイル部４４と、ブリッジ整流器Ｄ１０及び平
滑用コンデンサＣ１０で構成された整流平滑回路と、定
電流化するための抵抗Ｒと、二次電池Ｂを収納したもの
である。 この従来の非接触形充電器では、充電部３１
の載置凹部３３に被充電部３２を載置し、一次側コイル
部４２と二次側コイル部４４とを電磁結合することで、
電磁誘導により充電部３１から被充電部３２へ電力供給
が行われ、被充電部３２の二次巻線４３に発生した誘起
電圧を前記整流平滑回路で整流平滑し、抵抗Ｒで定電流
化して二次電池Ｂを充電している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１５，１
６の従来の非接触形充電器では、商用電源周波数で一次
側コイル部４２を励磁するため、電磁結合のための一次
及び二次側コイル部４２，４４の磁気コア４５，４６は
硅素鋼板を用いるのが一般的である。この場合の問題点
は、以下の通りである。 （１） 過電流に対する充電部３１側の制御が無いた
め、二次電池Ｂが発熱したり、一次側コイル部４２の励
磁電流により当該一次側コイル部４２が発熱し、被充電
部３２も熱くなる。 （２） 各コイル部４２，４４の磁気コア４５，４６と
して硅素鋼板を使い、しかもコア体積も大きいため、充
電部３１及び被充電部３２が重くなり、とくに携帯する
被充電部３２の重さは、二次電池Ｂを含むとかなりの重
量となる。 （３） 被充電部３２が充電部３１に結合されていない
場合の対策が無い。このため、充電部３１の載置凹部３
３に金属製コインやクリップ等の金属製異物が誤って置
かれ、充電部３１の発生する交流磁界に起因して金属製
異物に電磁誘導作用によりショート電流（渦電流）が流
れ、金属製異物が熱くなるという不具合があり、この発
熱による高温化は、製品の安全性の面で大きな問題であ
った。また、充電部３１上に被充電部３２がない場合、
充電部３１の継続動作による電力使用の無駄が生じる欠
点がある。

【０００７】なお、一次側コイル部を高周波で励磁し、
高周波を用いた電磁誘導で一次側と二次側コイル部とを
結合する構成も提案されているが、やはり上記（３）項
の問題点が残る。すなわち、被充電部が充電部に電磁結
合されていない場合の対策が無く、充電部に金属製コイ
ンやクリップ等の金属製異物が誤って置かれ、金属製異
物に電磁誘導作用によりショート電流が流れ、金属製異
物が熱くなるという不具合がある。

【０００８】本発明は、上記の点に鑑み、充電部上に被
充電部がない場合に交流磁束の発生を間欠的に停止して
電力損失を防ぐとともに、被充電部以外の金属製異物が
置かれた場合に電磁誘導による過熱を防止することがで
きる小型、軽量の非接触形充電器を提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の非接触形充電器は、商用電源から電力供給
を受け、一次巻線を設けた一次側コイル部で交流磁束を
発生する充電部と、前記一次側コイル部に電磁結合する
二次巻線を設けた二次側コイル部を有していて前記二次
巻線の誘起電圧を整流平滑して二次電池を充電する被充
電部とを有する場合において、前記一次側コイル部と二
次側コイル部とが電磁結合された状態ではトランスを構
成し、前記充電部は、前記商用電源からの交流入力を整
流平滑する整流平滑回路と、該整流平滑回路の直流出力
が印加された前記一次巻線の電流をスイッチング素子で
スイッチングする他励型フォワードコンバータ回路の一
次側回路部分からなる磁束発生部と、前記スイッチング
素子に駆動信号を出力するための発振部と、前記商用電
源からの入力電流に比例した検出信号により前記被充電
部の有無を判別して当該被充電部が無い場合に前記スイ
ッチング素子への駆動信号の供給を間欠的に停止する駆
動制御部とを備えた構成としている。

【００１０】また、前記一次側コイル部と二次側コイル
部の少なくともいずれか一方が磁気コアに巻線を設けた
ものであることが望ましい。

【００１１】さらに、前記被充電部が充電完了間際で前
記充電部に対して軽負荷となる状態では前記駆動制御部
によって前記スイッチング素子への駆動信号の供給を間
欠的に停止する構成としてもよい。

【００１２】

【作用】本発明の非接触形充電器においては、充電部側
で被充電部の有無を判別し、被充電部が無い場合に他励
型フォワードコンバータ回路の一次側のスイッチング素
子の駆動を間欠的に停止しているため、被充電部が結合
されていないときの電力消費を低減でき、また誤って充
電部に金属製コイン、クリップ等の金属製異物が載置さ
れた場合においても、スイッチング素子の駆動を間欠的
に停止するため、金属製異物に発生する渦電流による発
熱も間欠的になり、従来技術の欠点であった金属製異物
が高温になるのを防止することができる。また、充電部
と被充電部とが電磁結合状態となっているときは、前記
一次側コイル部と二次側コイル部とがトランスを構成
し、充電部と被充電部内の回路で他励型フォワードコン
バータ回路を構成しており、一次側コイル部で高周波の
交流磁束を発生して効率的に二次側に電力を伝送でき、
前記一次側及び二次側コイル部の小型、軽量化が可能と
なり、充電部及び被充電部を大幅に軽量化することがで
きる。

【００１３】なお、前記被充電部が充電完了間際で前記
充電部に対して軽負荷となる状態では前記駆動制御部で
前記スイッチング素子の駆動を間欠的に停止する構成と
する場合、二次電池の過充電を防止することができると
ともに電力消費を抑えることができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明に係る非接触形充電器の実施例
を図面に従って説明する。

【００１５】図１は本発明の第１実施例の回路図であ
り、図２はその構造図である。これらの図において、３
は充電部、４はこれによって非接触で充電される被充電
部（例えば、コードレス電話機の子機や電動歯ブラシの
本体等）である。

【００１６】前記充電部３は、一次巻線Ｎ１及び磁束リ
セット用巻線Ｎ３をフェライト等の一次側磁気コア１１
に設けた一次側コイル部１により高周波の交流磁束を発
生する磁束発生部２０と、該磁束発生部２０に高周波の
駆動信号を出力するための高周波発振器２１と、前記駆
動信号の出力制御を行う駆動制御部２２と、一次側整流
平滑回路２３とを備え、図２のようにこれら回路の構成
部品２４Ａ乃至２４Ｄを搭載した回路基板２５を、非磁
性樹脂製のケース５内に収納固定したものであり、該ケ
ース５は被充電部４を載置するための載置凹部６を有し
ている。

【００１７】被充電部４は、前記一次側コイル部１に電
磁結合可能な二次巻線Ｎ２をフェライト等の二次側磁気
コア１２に設けた二次側コイル部２と、二次側整流平滑
回路２６と、定電流回路２７とを有し、図２のようにこ
れら回路の構成部品２８Ａ，２８Ｂを搭載した回路基板
２９を、非磁性樹脂製のケース７内に収納固定したもの
である。また、被充電部４のケース７内にはニッケル−
カドミウム電池等の繰り返し充電の行える二次電池Ｂが
内蔵されている。

【００１８】前記充電部３のケース５は被充電部４を載
置する受台として用いられるものであり、被充電部４は
充電部３に対して分離可能で、充電完了後は任意の位置
に移動可能である。図２のように充電部３上に被充電部
４が載置された状態では、一次巻線Ｎ１及び磁束リセッ
ト用巻線Ｎ３をフェライト等の一次側磁気コア１１に設
けた一次側コイル部１と、二次巻線Ｎ２をフェライト等
の二次側磁気コア１２に設けた二次側コイル部２とは電
磁結合して高周波トランスＴを構成するようになってい
る。すなわち、一次側及び二次側コイル部１，２の一次
側及び二次側磁気コア１１，１２は、フェライト等の磁
性体でそれぞれＥ型形状等を成しており、充電部３の載
置凹部６に被充電部４を載置した状態において、両磁気
コア１１，１２の端面が近接対向配置されるように充電
部３内と被充電部４内にそれぞれ配置固定されている。

【００１９】図１に示すように、前記充電部３は、一次
側コイル部１で高周波の交流磁束を発生する磁束発生部
２０を備え、該磁束発生部２０はスイッチング素子とし
てのＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ１を有しており、該ＭＯＳ−Ｆ
ＥＴ Ｑ１は高周波発振器２１からの高周波の駆動信号
を制御する駆動制御部２２の出力によって一次巻線Ｎ１
に流れる電流をオン、オフするものである。そして、磁
束発生部２０が有するＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ１、一次巻線
Ｎ１、磁束リセット用巻線Ｎ３及びトランス磁束リセッ
ト用ダイオードＤ５で他励型フォワードコンバータ回路
の一次側回路部分を構成している。なお、磁束リセット
用巻線Ｎ３はＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ１のオフ期間中、トラ
ンス磁束リセット用ダイオードＤ５を通して前記磁束リ
セット用巻線Ｎ３にリセット電流を流して、トランスＴ
をリセットするためのものである。前記充電部３では、
交流電源Ｓ（商用電源ＡＣ１００Ｖ）が接続されている
交流電源入力端ＩＰ１，ＩＰ２間に交流電圧が供給さ
れ、整流用ダイオードＤ１及び平滑用コンデンサＣ１か
らなる一次側整流平滑回路２３で整流平滑された直流電
圧が前記磁束発生部２０に供給されている。一次側整流
平滑回路２３は、交流電源Ｓから入力された交流電圧を
半波整流するものであり、前記整流用ダイオードＤ１の
カソード側とアース間に平滑用コンデンサＣ１が接続さ
れ、交流電源入力端ＩＰ２とアース間に電流検出用抵抗
Ｒ５が接続されている。この電流検出用抵抗Ｒ５は、充
電部３の電力消費に伴う入力電流をアースに対して負電
圧になるように電圧変換し、前記商用電源からの入力電
流に比例した検出信号を得るための電流検出部を構成し
ている（但し、商用電源の電圧を一定と考えれば、検出
信号は入力電力にも比例する。）。

【００２０】前記駆動制御部２２は、前記ＭＯＳ−ＦＥ
Ｔ Ｑ１の駆動を制御するために設けられており、前記
電流検出部より出力された検出信号（抵抗Ｒ５の両端の
電圧）から前記被充電部４の有無を判別して当該被充電
部４が無い場合に前記ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ１の駆動を間
欠的に停止するものである。該駆動制御部２２は、カッ
プリングコンデンサＣ３、非反転増幅器１６、コンパレ
ータ１７、ＯＲ回路１８、低周波発振器１９及びＡＮＤ
ゲートＱ２で構成されている。

【００２１】前記カップリングコンデンサＣ３は、前記
電流検出用抵抗Ｒ５両端の電圧信号の直流分を除去する
ものである。

【００２２】前記非反転増幅器１６は、反転入力端が接
地され、非反転入力端がカップリングコンデンサＣ３を
介して前記電流検出部の出力端１５に接続されており、
カップリングコンデンサＣ３を経た電圧信号を増幅する
ものである。

【００２３】前記コンパレータ１７の反転入力端には基
準電圧Ｖ_REFが印加され、非反転入力端は前記非反転増
幅器１６の出力端ｃと接続されている。該コンパレータ
１７は、非反転増幅器１６から出力された電圧信号を基
準電圧Ｖ_REFと比較して、基準電圧Ｖ_REFより高い場合、
ハイレベルの電圧信号を出力し、基準電圧Ｖ_REF以下の
場合、ローレベルの電圧信号を出力するものである。前
記基準電圧Ｖ_REFは、充電部３上に被充電部４が載置さ
れている場合に、コンパレータ１７がハイレベルの電圧
信号を出力するように設定されている。

【００２４】前記ＯＲ回路１８は、ダイオードＤ３，Ｄ
４と両ダイオードのカソード側とアース間に接続された
コンデンサＣ６とで構成されており、一方の入力端であ
るダイオードＤ４のアノード側が前記コンパレータ１７
の出力端ｄと接続され、他方の入力端であるダイオード
Ｄ３のアノード側が低周波発振器１９の出力端ｅと接続
されている。前記低周波発振器１９は、パルス幅である
ハイレベル期間（１／５０sec以上）よりローレベル期
間を十分に大きくしたパルス波形を発生するものであ
る。通常ローレベル期間は数秒程度に設定されている。

【００２５】前記ＡＮＤゲートＱ２は、出力端ｈが前記
ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ１のゲートと接続されており、一方
の入力端は高周波発振器２１の出力端ｇと接続され、他
方の入力端はＯＲ回路１８の出力端ｆと接続されてい
る。

【００２６】前記高周波発振器２１は、可聴周波数以上
（２０ｋＨｚ以上）の適切な高周波の駆動信号を常時発
振するものである。この駆動信号は例えばデューティー
５０％の方形波である。

【００２７】駆動制御部２２の非反転増幅器１６及びコ
ンパレータ１７に対する正電圧供給部は分圧用抵抗Ｒ
１，Ｒ２で構成され、平滑用コンデンサＣ１の両端の電
圧をそれらの抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧した正電圧が正電圧
供給端１３から非反転増幅器１６及びコンパレータ１７
の正電源入力端子に供給されている。また、非反転増幅
器１６及びコンパレータ１７に対する負電圧供給部は整
流用ダイオードＤ２、分圧用抵抗Ｒ３，Ｒ４及び平滑用
コンデンサＣ２で構成されている。そして、平滑用コン
デンサＣ２の両端の電圧をそれらの抵抗Ｒ３，Ｒ４で分
圧した負電圧が負電圧供給端１４から非反転増幅器１６
及びコンパレータ１７の負電源入力端子に供給されてい
る。

【００２８】前記被充電部４において、トランスＴの二
次側磁気コア１２には二次巻線Ｎ２が設けられており、
その二次巻線Ｎ２両端に、共振用コンデンサＣ４が接続
されているとともに、二次巻線Ｎ２に発生した誘起電圧
を整流平滑する二次側整流平滑回路２６が接続されてい
る。二次側整流平滑回路２６は、整流用ダイオードＤ
６，Ｄ７、平滑用コンデンサＣ５及び平滑用チョークコ
イルＬ１から構成されており、平滑用コンデンサＣ５の
両端の電圧が直流出力として、定電流回路２７を介し直
流出力端ＯＰ１，ＯＰ２間に出力されるようになってい
る。これらの被充電部４内の回路は他励型フォワードコ
ンバータ回路の二次側回路部分を構成している。前記直
流出力端ＯＰ１，ＯＰ２間にはニッケル−カドミウム
（Ｎｉ−Ｃｄ）電池等の二次電池Ｂが接続されている。

【００２９】次に、図１の非接触形充電器の一連の動作
について、図３乃至図５の電圧波形図をもとに説明す
る。なお、図３乃至図５では、それぞれ縦軸は電圧を、
横軸は時間を示している。

【００３０】まず、交流電源Ｓ（商用電源ＡＣ１００
Ｖ、周波数５０又は６０Ｈｚ）から、交流電源入力端Ｉ
Ｐ１，ＩＰ２に図３（ａ）に示す正弦波の電圧波形を有
する交流電圧が印加され、該交流電圧は一次側整流平滑
回路２３にて半波整流される。そして、充電部３におけ
る電力消費に伴う入力電流を、電流検出部としての検出
用抵抗Ｒ５でアースに対して負電圧になるように電圧変
換し、入力電流に比例した検出信号を出力端１５より出
力する。

【００３１】ここから、充電部３に被充電部４が載置さ
れていない場合、すなわち一次側コイル部１と二次側コ
イル部２とが電磁結合しておらず、充電部３に対する負
荷が無い場合の動作について説明する。

【００３２】前記電流検出用抵抗Ｒ５の電圧変換による
出力端１５での電圧波形は、図３（ｂ）の太実線で示す
ようにピークが浅い負電圧になっている。この負電圧の
検出信号は、前記駆動制御部２２のカップリングコンデ
ンサＣ３で、直流分を除去された後、非反転増幅器１６
の非反転入力端に入力されて増幅され、図３（ｃ）の太
実線で示すような電圧波形の交流信号として、非反転増
幅器１６の出力端ｃから出力される。なお、前記カップ
リングコンデンサＣ３による直流分除去により、同図
（ｃ）の如く、負電圧側の面積Ｓ１と正電圧側の面積Ｓ
２が同一面積になっている。そして、コンパレータ１７
において、非反転増幅器１６から出力された電圧信号の
正電圧側電位Ｖ₁を基準電圧Ｖ_REFと比較すると、基準電
圧Ｖ_REFより低いので、出力端ｄからはローレベルの電
圧信号が出力される（図示省略）。ＯＲ回路１８では、
前記コンパレータ１７の出力端ｄからの出力信号と前記
低周波発振器１９の出力端ｅからの出力信号とがＯＲ演
算される。この無負荷の場合、前記コンパレータ１７の
出力端ｄと接続されているＯＲ回路１８の一方の入力端
がローレベルになっているため、他方の入力端と接続さ
れている低周波発振器１９の出力端ｅからの出力信号が
そのまま出力される。低周波発振器１９の出力端ｅから
の出力信号は、図４（ｅ）に示すように、パルス幅であ
るハイレベル期間ｔ₁（１／５０sec以上）よりローレベ
ル期間ｔ₂を十分に大きくしたパルス波形である。従っ
て、ＯＲ回路１８の出力端ｆからの出力信号の電圧波形
は、図４（ｆ２）に示すように同波形となる。それか
ら、ＡＮＤゲートＱ２において、前記ＯＲ回路１８の出
力端ｆからの出力信号と高周波発振器２１の出力端ｇか
らの出力信号とがＡＮＤ演算される。高周波発振器２１
の出力端ｇからの出力信号は、図４（ｇ）に示すよう
に、可聴周波数以上の適切な周波数（例えば１００ｋＨ
ｚ）で、ほぼデューティー５０％の連続した高周波パル
ス波形である。従って、ＡＮＤゲートＱ２の出力端ｈか
らは、図５（ｈ２）に示すように、ＯＲ回路１８の出力
信号がハイレベルである期間ｔ₁の間、高周波発振器２
１の高周波の駆動信号が駆動制御部２２内のＡＮＤゲー
トＱ２を通して間欠出力され、期間ｔ₂の間はローレベ
ル信号が出力される。従って、ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ１
は、ゲートに前記高周波の駆動信号が入力されている期
間ｔ₁の間、高速スイッチング動作を行い、期間ｔ₂の間
はオフ状態で休止している。この場合、期間ｔ₁に比べ
て充分に長い期間ｔ₂が休止期間となるから、充電部３
の消費電力を低減し、併せて充電部３の発熱を防止する
ことができる。

【００３３】次に、充電部３に被充電部４が載置され
（一次側コイル部１と二次側コイル部２とが電磁結合さ
れた状態であり、充電部３と被充電部４とが近接した状
態）、被充電部４の二次電池Ｂの未充電容量が十分ある
場合、すなわち一次側コイル部１と二次側コイル部２と
が電磁結合して高周波トランスＴを構成しており、充電
部３に対して十分な負荷がかかっている場合の動作につ
いて説明する。

【００３４】前記電流検出用抵抗Ｒ５の電圧変換による
出力端１５での電圧波形は、図３（ｂ）の２点鎖線で示
すように、前記無負荷の場合（太実線）よりピークが深
い負電圧になっている。この負電圧信号は、前記駆動制
御部２２のカップリングコンデンサＣ３で、直流分を除
去された後、非反転増幅器１６の非反転入力端に入力さ
れて増幅され、図３（ｃ）の２点鎖線で示すような電圧
波形の交流信号として、非反転増幅器１６の出力端ｃか
ら出力される。なお、前記カップリングコンデンサＣ３
による直流分除去により、前記無負荷の場合と同様に、
同図（ｃ）の負電圧側の面積と正電圧側の面積が同一面
積になっている。この場合、非反転増幅器１６から出力
された電圧信号の正電圧側電位Ｖ₃は基準電圧Ｖ_REFより
高くなっており、コンパレータ１７において、図３
（ｄ）及び図４（ｄ）に示すように、正電圧側電位Ｖ₃
が基準電圧Ｖ_REFより高くなっている間、出力端ｄから
ハイレベルの電圧信号が出力される。ＯＲ回路１８で
は、前記コンパレータ１７の出力端ｄと接続されている
一方の入力端がハイレベルに維持されるため、他方の入
力端に加えられている低周波発振器１９の出力信号のレ
ベルに関係なくハイレベル信号が出力され、ＯＲ回路１
８の出力端ｆからの出力信号の電圧波形は、図４（ｆ
１）に示すようになる（実際にはコンパレータ１７の出
力はローレベルになる期間があり、ＯＲ回路１８の出力
も短期間ローレベルになる場合があるが、無視でき
る。）。それから、ＡＮＤゲートＱ２におけるＡＮＤ演
算により、ＡＮＤゲートＱ２の出力端ｈからは、図５
（ｈ１）に示すように、高周波発振器２１からの高周波
駆動信号が連続出力される。従って、ＭＯＳ−ＦＥＴ
Ｑ１は、高周波駆動信号により連続して高速スイッチン
グ動作を行う。

【００３５】前述したように、充電部３内の磁束発生部
２０は他励型フォワードコンバータ回路の一次側回路部
分を構成し、被充電部４内の二次側コイル部２及び二次
側整流平滑回路２６が他励型フォワードコンバータ回路
の二次側回路部分を構成しているので、ＭＯＳ−ＦＥＴ
Ｑ１のオン期間中に電力が一次側コイル部１から二次
側コイル部２に伝達される。そして、二次側コイル部２
に誘起した電圧を二次側整流平滑回路２６で整流、平滑
した直流出力により定電流回路２７を通して二次電池Ｂ
が充電される。この場合の充電はＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ１
の連続スイッチング動作によって充分な電力で実行され
る。

【００３６】なお、被充電部４の二次電池Ｂが充電され
て行き、充電完了間際になると、充電部３に対する負荷
が軽くなり、前記商用電源からの入力電力が小さくな
る。このため、入力電流も減少して前記電流検出用抵抗
Ｒ５の電圧変換による出力端１５での電圧波形は、徐々
に負電圧のピークが浅くなり、非反転増幅器１６から出
力された電圧信号の正電圧側電位が基準電圧Ｖ_REF以下
となると、前記無負荷の場合と同様に、ＭＯＳ−ＦＥＴ
Ｑ１の駆動は間欠的に停止される。従って、充電部３
に被充電部４が載置されていても、被充電部４の二次電
池Ｂが十分充電されている場合には過充電にならないよ
うになっている。

【００３７】ここで、図６において、二次巻線Ｎ２の両
端間に接続された共振用コンデンサＣ４の作用について
説明する。前記ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ１のスイッチング動
作に伴うＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ１のドレイン電流波形は図
６（ｊ）のようになっている。これに対する二次巻線Ｎ
２の両端間の電圧波形は、仮に共振用コンデンサＣ４が
設けられていない場合、二次巻線Ｎ２の分布容量等によ
り図１中点線で示す巻線間容量ＣＬが等価的に存在する
ために二次巻線Ｎ２と巻線間容量ＣＬとによるＭＯＳ−
ＦＥＴ Ｑ１のスイッチング周波数に無関係な並列共振
が生じ、図６（ｋ２）の如き電圧波形となる。これで
は、二次側整流平滑回路２６で整流後の直流出力電圧が
低下する。そこで、本実施例では図１で示すように、二
次巻線Ｎ２の両端間に共振用コンデンサＣ４を設けるこ
とにより、並列共振周波数を低下させてＭＯＳ−ＦＥＴ
Ｑ１のスイッチング周波数に略一致させることがで
き、図６（ｋ１）のような実質的に正弦波の電圧波形に
し、整流後の直流出力電圧の低下を防いでいる。

【００３８】また、図１の第１実施例において、被充電
部４が外れた状態で、図７に示すように前記充電部３の
ケース５の載置凹部６に虫ピン、クリップ、金属製コイ
ン等の金属製異物８が載せられた場合、一次側コイル部
１の発生する交流磁界により金属製異物８に電磁誘導作
用によりショート電流が流れて、充電部３に対して幾分
負荷が生じるが、この場合、前記電流検出用抵抗Ｒ５の
電圧変換による出力端１５での電圧波形は、図３（ｂ）
に図示した無負荷時の太実線のピークよりやや深いピー
クを有する負電圧になる。そして、カップリングコンデ
ンサＣ３で直流分除去後の電圧信号を非反転増幅器１６
で増幅した出力端ｃの電圧信号は、図８のように、無負
荷時（１点鎖線ｃ₁）のピークよりやや深いピークを有
する太実線ｃ₂の如き波形になっている。但し、この太
実線ｃ₂の波形のピークは本来の被充電部４が充電部３
上に載置されているときの２点鎖線ｃ₃のピークよりも
かなり小さい。従って、金属製異物８に対応した太実線
ｃ₂の電圧信号の正電圧側電位Ｖ₂は、コンパレータ１７
の出力がハイレベルになる基準電圧Ｖ_REFを越えること
はない。このため、駆動制御部２２のＡＮＤゲートＱ２
から出力される駆動信号は、前記無負荷あるいは軽負荷
のときと同様に、ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ１の駆動を間欠的
に停止するものになる。従って、金属製異物８に電磁誘
導により渦電流が発生しても、一次側コイル部１の交流
磁束発生が間欠的であり、停止期間が長いため、金属製
異物８が高温になることはない。

【００３９】以上の第１実施例の動作において、被充電
部４の二次電池Ｂが充電済みである時や充電部３に対し
て無負荷である場合の充電部３への入力電力（消費電
力）と、被充電部４が電磁結合されていて充電を実行す
る場合の入力電力（消費電力）の比は、できるだけ大き
く設定することが望ましく、一次側コイル部１の一次巻
線Ｎ１のインダクタンスは励磁電流を少なくするために
できるだけ大きくすることが好ましい。

【００４０】以上の第１実施例の構成によると、充電部
３上に被充電部４が載置されているか否か、及び被充電
部４の二次電池Ｂの充電状態は、電流検出部としての電
流検出用抵抗Ｒ５において充電部３での消費電力、すな
わち商用電源からの入力電流に比例した検出信号を取り
出し、該検出信号を駆動制御部２２で判別することで識
別できる。

【００４１】この駆動制御部２２によって、充電部３上
に被充電部４が載置されていると判別した場合は、ＭＯ
Ｓ−ＦＥＴ Ｑ１を連続駆動させ、充電部３上に被充電
部４が載置されていない場合は、ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ１
の駆動を間欠的に停止し、充電部３での電力損失を低減
し、発熱を防止可能である。

【００４２】また、被充電部４の二次電池Ｂが充電完了
間際であったり、充電済みである場合は、ＭＯＳ−ＦＥ
Ｔ Ｑ１の駆動を間欠的に停止することができ、過充電
を防止することができるとともに電力損失を抑えること
ができる。

【００４３】さらに、誤って充電部３に金属製異物８が
載置された場合においても、被充電部無しと判別してＭ
ＯＳ−ＦＥＴ Ｑ１の駆動を間欠的に停止するようにで
き、金属製異物に発生する渦電流による発熱も間欠的に
なるので、従来装置の欠点であった金属製異物が高温に
なるのを防止することができる。

【００４４】また、高周波発振器２１による高周波駆動
信号でＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ１を高周波駆動し、トランス
Ｔの一次側コイル部１で高周波の交流磁束を発生してい
るため、一次側及び二次側コイル部１，２に用いる磁気
コア１１，１２として小型のフェライトコア等を採用で
き、トランスＴの小型化が可能となり、被充電部４を大
幅に軽量化することができる。

【００４５】図９は本発明の第２実施例を示している。
この場合、図９の回路図に示すように、一次側整流平滑
回路２３Ａがブリッジ整流器Ｄ８と平滑用コンデンサＣ
１とで構成されており、該一次側整流平滑回路２３Ａに
よって交流電源入力端ＩＰ１，ＩＰ２間に接続された交
流電源Ｓからの交流入力を全波整流するものである。な
お、充電部３のその他の構成は前記第１実施例と同様で
あり、結合時にトランスＴを成す一次側コイル部１、二
次側コイル部２、及び被充電部４も同様の構成になって
いる。

【００４６】ここで、上記第２実施例における一連の動
作について図１０の電圧波形図をもとに説明する。な
お、図１０では、それぞれ縦軸は電圧を、横軸は時間を
示している。

【００４７】まず、交流電源Ｓから、交流電源入力端Ｉ
Ｐ１，ＩＰ２に図１０（ａ）に示す電圧波形を有する交
流電圧が印加され、該交流電圧は一次側整流平滑回路２
３Ａにて全波整流され、前記電流検出用抵抗Ｒ５の電圧
変換により図１０（ｂ）で示す電圧波形が出力端１５か
ら出力される。そして、前記駆動制御部２２のカップリ
ングコンデンサＣ３で直流分を除去され、非反転増幅器
１６にて増幅され、図１０（ｃ）で示す電圧波形の交流
信号が得られる。図１０（ｂ）,（ｃ）に示すように、
無負荷の場合（太実線）より、被充電部４での充電に伴
う有負荷の場合（２点鎖線）の方が負電圧のピークが深
くなっている（これらの関係は第１実施例の場合と同
様）。但し、図１０（ｃ）において無負荷の場合も有負
荷の場合も非反転増幅器１６の出力信号の正電圧側電位
Ｖ₄，Ｖ₅は、全波整流したことにより前記第１実施例の
半波整流の場合よりも高くなっている。従って、コンパ
レータ１７の基準電圧Ｖ_REFは、無負荷時の正電圧側電
位Ｖ₄乃至軽負荷時（二次電池Ｂの充電完了直前乃至充
電済み、又は金属製異物載置時）の正電圧側電位（図示
略）より高く、二次電池Ｂを充電している有負荷時の正
電圧側電位Ｖ₅より低くなるように設定されている。そ
して、非反転増幅器１６から出力された電圧信号の正電
圧側電位Ｖ₄，Ｖ₅は、コンパレータ１７において、基準
電圧Ｖ_REFと比較され、基準電圧Ｖ_REFより高くなってい
る有負荷の場合だけ、図１０（ｄ）に示す如く、正電圧
側電位Ｖ₅が基準電圧Ｖ_REFを越えている間、出力端ｄか
らハイレベルの電圧信号が出力される。以後の動作は前
述の第１実施例と同様である。

【００４８】図１１及び図１２で本発明の第３実施例を
説明する。この場合、充電部３は、フェライト等のＵ型
の一次側磁気コア１１Ａに一次巻線Ｎ１及び磁束リセッ
ト用巻線Ｎ３を巻回した一次側コイル部１Ａを有してい
る。また、被充電部４は、フェライト等のＩ型の一次側
磁気コア１２Ａに二次巻線Ｎ２を巻回した二次側コイル
部２Ａを有している。その他の構成は前述の第１実施例
又は第２実施例と同じである。

【００４９】この第３実施例の場合、充電部３に対して
被充電部４が載置されて電磁結合状態となっていると
き、図１２のように、一次側コイル部１ＡのＵ型コア１
１Ａと、二次側コイル部２ＡのＩ型コア１２Ａとが実質
的な閉磁路をなすように近接対向し、やはり効率の良い
高周波トランスを構成することができる。

【００５０】図１３はさらに一次側コイル部及び二次側
コイル部の変形例を示すもので、フェライト等のＵ型の
一次側磁気コア１１Ｂに一次巻線Ｎ１及び磁束リセット
用巻線Ｎ３を巻回して一次側コイル部１Ｂを構成すると
ともに、フェライト等のＵ型の二次側磁気コア１２Ｂに
二次巻線Ｎ２を巻回して二次側コイル部２Ｂを構成して
いる。この場合も、一次側コイル部１ＢのＵ型コア１１
Ｂと、二次側コイル部２ＢのＵ型コア１２Ｂとが実質的
な閉磁路をなすように近接対向し、やはり効率の良い高
周波トランスを構成することができる。

【００５１】なお、前記各実施例では、電磁結合時に高
周波トランスを構成する一次側コイル部と二次側コイル
部を磁気コアに巻線を設けた構成としたが、一次側コイ
ル部と二次側コイル部のどちらか一方、又は両方とも磁
気コアを用いない空芯コイルとする構成としても良い。
この場合、磁気コアが無い分、軽量化を図ることができ
る。

【００５２】また、低周波発振器の代わりに商用電源入
力波形を波形整形する低周波発生器（波形整形器）で図
４（ｅ）と同等の波形を作成してもよい。

【００５３】以上本発明の実施例について説明してきた
が、本発明これに限定されることなく請求項の記載の範
囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者に
は自明であろう。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の非接触形
充電器によれば、充電部内の駆動制御部で当該充電部に
電磁結合されるべき被充電部の有無を判別し、被充電部
が無い場合に交流磁束を発生するための磁束発生部内の
スイッチング素子の駆動を間欠的に停止しているため、
充電部の電力損失の低減及び発熱の低減を図ることがで
きる。また、誤って充電部に金属製異物が載置された場
合においても、被充電部無しと判断して前記スイッチン
グ素子の駆動を間欠的に停止するため、金属製異物に渦
電流が生じる現象も間欠的になるので、従来の欠点であ
った金属製異物が高温になるのを防止することができ、
安全性を高めることができる。また、トランスの一次側
コイル部で高周波の交流磁束を発生でき、トランスの小
型化が可能となり、被充電部を大幅に軽量化することが
できる。

【００５５】また、前記被充電部が充電完了間際で前記
充電部に対して軽負荷となる状態において、前記駆動制
御部で前記スイッチング素子の駆動を間欠的に停止する
構成とする場合、二次電池の過充電を防止することがで
きるとともに電力の損失を抑えることができる。

【００５６】従って、軽負荷時や無負荷時の電力損失が
少なく、小型の充電器を必要とする家電製品等の用途に
好適な非接触形充電器が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る非接触形充電器の第１実施例を示
す回路図である。

【図２】第１実施例の機械的構造の概略を示す構成図で
ある。

【図３】第１実施例において、充電部の各部における電
圧を示す波形図である。

【図４】図３と同様に充電部の各部における電圧を示す
波形図である。

【図５】第１実施例において、充電部のスイッチング素
子のゲートに入力される駆動信号の電圧を示す波形図で
ある。

【図６】第１実施例において、充電部のスイッチング素
子のドレイン電圧及び被充電部の二次巻線間の電圧を示
す波形図である。

【図７】第１実施例において、充電部に金属製異物が載
置された状態の構成図である。

【図８】第１実施例において、充電部のコンパレータの
非反転入力端に入力される電圧信号の波形図である。

【図９】本発明に係る非接触形充電器の第２実施例を示
す回路図である。

【図１０】第２実施例において、充電部の各部における
電圧を示す波形図である。

【図１１】本発明の第３実施例を示す構成図である。

【図１２】第３実施例の一次側及び二次側コイル部を示
す斜視図である。

【図１３】一次側及び二次側コイル部の変形例を示す斜
視図である。

【図１４】従来の接触形充電器を示す回路図である。

【図１５】従来の非接触形充電器の概略正断面図であ
る。

【図１６】図１２の従来例の概略平断面図である。

【符号の説明】

１，１Ａ，１Ｂ 一次側コイル部 ２，２Ａ，２Ｂ 二次側コイル部 ３ 充電部 ４ 被充電部 １１，１１Ａ，１１Ｂ 一次側磁気コア １２，１２Ａ，１２Ｂ 二次側磁気コア １６ 非反転増幅器 １７ コンパレータ １８ ＯＲ回路 １９ 低周波発振器 ２０ 磁束発生部 ２１ 高周波発振器 ２２ 駆動制御部 ２３ 一次側整流平滑回路 ２６ 二次側整流平滑回路 ２７ 定電流回路 Ｂ 二次電池 Ｔ トランス Ｎ１ 一次巻線 Ｎ２ 二次巻線 Ｎ３ 磁束リセット用巻線 Ｑ１ ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ２ ＡＮＤゲート ＯＰ１,ＯＰ２ 出力端子 ＩＰ１，ＩＰ２ 交流電源入力端 Ｃ１乃至Ｃ５ コンデンサ Ｒ１乃至Ｒ５ 抵抗 Ｄ１乃至Ｄ５ ダイオード Ｌ１ チョークコイル Ｓ 交流電源

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用電源から電力供給を受け、一次巻線
   を設けた一次側コイル部で交流磁束を発生する充電部
   と、前記一次側コイル部に電磁結合する二次巻線を設け
   た二次側コイル部を有していて前記二次巻線の誘起電圧
   を整流平滑して二次電池を充電する被充電部とを有する
   非接触形充電器において、 前記一次側コイル部と二次側コイル部とが電磁結合され
   た状態ではトランスを構成し、 前記充電部は、前記商用電源からの交流入力を整流平滑
   する整流平滑回路と、該整流平滑回路の直流出力が印加
   された前記一次巻線の電流をスイッチング素子でスイッ
   チングする他励型フォワードコンバータ回路の一次側回
   路部分からなる磁束発生部と、前記スイッチング素子に
   駆動信号を出力するための発振部と、前記商用電源から
   の入力電流に比例した検出信号により前記被充電部の有
   無を判別して当該被充電部が無い場合に前記スイッチン
   グ素子への駆動信号の供給を間欠的に停止する駆動制御
   部とを備えていることを特徴とする非接触形充電器。
2. 【請求項２】 前記一次側コイル部と二次側コイル部の
   少なくともいずれか一方が磁気コアに巻線を設けたもの
   である請求項１記載の非接触形充電器。
3. 【請求項３】 前記被充電部が充電完了間際で前記充電
   部に対して軽負荷となる状態では、前記駆動制御部によ
   って前記スイッチング素子への駆動信号の供給を間欠的
   に停止する請求項１又は２記載の非接触形充電器。