JPS63224635A - 非接触式電力供給装置 - Google Patents
非接触式電力供給装置Info
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- JPS63224635A JPS63224635A JP62056014A JP5601487A JPS63224635A JP S63224635 A JPS63224635 A JP S63224635A JP 62056014 A JP62056014 A JP 62056014A JP 5601487 A JP5601487 A JP 5601487A JP S63224635 A JPS63224635 A JP S63224635A
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- power
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- coupling element
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- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 23
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 23
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 23
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 8
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 7
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、非接触式電力供給装置に関し、より具体的に
は磁気結合により電力を供給する装置に関する。
は磁気結合により電力を供給する装置に関する。
電気機器に電力を供給する手段としては、電気端子を介
して電気的に行うのが普通であるが、小型のポータプル
機器や密閉された電気電子機器の場合には、充電電池を
再充電したり電池を交換する等して、電力の継続的供給
を実現している。
して電気的に行うのが普通であるが、小型のポータプル
機器や密閉された電気電子機器の場合には、充電電池を
再充電したり電池を交換する等して、電力の継続的供給
を実現している。
しかし、再充電のための外部電気端子や、電池交換のた
めに電池取出口を設けることの困難な装置では、電気・
電子回路の採用を諦めるか又は、再充電、電池交換を止
めて電池消耗により当該装置自体を交換するといった措
置をとらざるを得ない。また、そのような充電作業、電
池交換作業が容易な電気電子機器であっても、使用電池
の消耗度を常に監視する必要があるため、電池容量に較
べ消費電力の大きな電気電子回路に給電する場合には、
使用電池の消耗度を常に監視する必要があり、そのため
の監視回路によって消費電力が更に増すといった問題が
発生する。
めに電池取出口を設けることの困難な装置では、電気・
電子回路の採用を諦めるか又は、再充電、電池交換を止
めて電池消耗により当該装置自体を交換するといった措
置をとらざるを得ない。また、そのような充電作業、電
池交換作業が容易な電気電子機器であっても、使用電池
の消耗度を常に監視する必要があるため、電池容量に較
べ消費電力の大きな電気電子回路に給電する場合には、
使用電池の消耗度を常に監視する必要があり、そのため
の監視回路によって消費電力が更に増すといった問題が
発生する。
また、電気端子を介して充電を行う場合でも、当該電気
端子の結合を例えば、１日に１〜数回というように頻繁
に行う場合には、電気端子の寿命及び信頼性が問題とな
る。即ち、電気端子の結合回数に対する信顧性保証は通
常数十〜数百回程度であり、使用頻度によっては１〜２
年で保証回数を越してしまう場合が生じうる。現状では
、この信頼性の問題を単に無視しているに過ぎない。
端子の結合を例えば、１日に１〜数回というように頻繁
に行う場合には、電気端子の寿命及び信頼性が問題とな
る。即ち、電気端子の結合回数に対する信顧性保証は通
常数十〜数百回程度であり、使用頻度によっては１〜２
年で保証回数を越してしまう場合が生じうる。現状では
、この信頼性の問題を単に無視しているに過ぎない。
そこで本発明は、これらの問題点を解決し、通常の電気
接続式の電力供給と同等程度の性能を有する非接触式の
電力供給装置を提示することを目的とする。
接続式の電力供給と同等程度の性能を有する非接触式の
電力供給装置を提示することを目的とする。
第１の発明は、磁気結合により非接触式に電力を供給す
る装置であって、送電用磁気結合素子に並列に容量性素
子を接続してあることを特徴とする。
る装置であって、送電用磁気結合素子に並列に容量性素
子を接続してあることを特徴とする。
第２の発明は、送電装置から、当該送電装置とは別体の
受電装置に磁気結合により電力を供給する非接触式電力
供給装置であって、当該送電装置は容量性素子を並列接
続した送電用磁気結合素子を具備し、当該受電装置は薄
型の受電用磁気結合素子を具備することを特徴とする。
受電装置に磁気結合により電力を供給する非接触式電力
供給装置であって、当該送電装置は容量性素子を並列接
続した送電用磁気結合素子を具備し、当該受電装置は薄
型の受電用磁気結合素子を具備することを特徴とする。
送電用磁気結合素子に容量性素子を並列に接続すること
により共振が生じ、これにより当該送電用磁気結合素子
の蓄積エネルギーも送電に寄与し、従って、当該容量性
素子が存在しない場合に較べ効率よく電力を受電側に送
ることができる。
により共振が生じ、これにより当該送電用磁気結合素子
の蓄積エネルギーも送電に寄与し、従って、当該容量性
素子が存在しない場合に較べ効率よく電力を受電側に送
ることができる。
以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
第１図は本発明の一実施例により電力を供給する状態の
縦断面図を示す。第１図において、１０は送電装置、２
０は受電装置としてのポータプル端末装置である。送電
装置１０において、１２は、商用交流電源から後述する
所定高周波の交流電圧を形成する周波数変換回路であり
、１４は送電用コイルである。また端末装置２０は密閉
筺体２２内に、送電コイル１４と磁気結合する受電コイ
ル２４、受電コイル２４からの交流電圧を整流・平滑化
する平滑化回路２６、及び端末装置２０の目的を果たす
電気回路２８を具備する。
縦断面図を示す。第１図において、１０は送電装置、２
０は受電装置としてのポータプル端末装置である。送電
装置１０において、１２は、商用交流電源から後述する
所定高周波の交流電圧を形成する周波数変換回路であり
、１４は送電用コイルである。また端末装置２０は密閉
筺体２２内に、送電コイル１４と磁気結合する受電コイ
ル２４、受電コイル２４からの交流電圧を整流・平滑化
する平滑化回路２６、及び端末装置２０の目的を果たす
電気回路２８を具備する。
送電コイル１４はフェライト磁芯１６に巻き付けられて
いる。この磁芯１６は、外部損傷を避けるためには送電
袋ｆｌＯの筺体１０Ａから露出しないのが好ましいが、
端末装置２０の受電コイル２４との磁気結合を強めるた
めに、端末装置２０の載置状態において可能な限り受電
コイル２４に接近するように配置すべきである。また、
受電コイル２４としては、送電コイル１４からの磁束が
効率よく受電コイル２４に鎖交する薄型コイルが好まし
い。図示実施例では、第２図及び第３図に示すように、
円盤状磁芯２５の送電装置１０側の面に印刷等の方法に
よりコイル部分を１層又は数層形成した偏平なシート・
コイルを用いている。
いる。この磁芯１６は、外部損傷を避けるためには送電
袋ｆｌＯの筺体１０Ａから露出しないのが好ましいが、
端末装置２０の受電コイル２４との磁気結合を強めるた
めに、端末装置２０の載置状態において可能な限り受電
コイル２４に接近するように配置すべきである。また、
受電コイル２４としては、送電コイル１４からの磁束が
効率よく受電コイル２４に鎖交する薄型コイルが好まし
い。図示実施例では、第２図及び第３図に示すように、
円盤状磁芯２５の送電装置１０側の面に印刷等の方法に
よりコイル部分を１層又は数層形成した偏平なシート・
コイルを用いている。
第２図はそのシート・コイルの正面図を示し、第３図は
その中央縦断面図を示す。
その中央縦断面図を示す。
磁気結合効率の見地から、送電コイル１４の直径は受電
コイル２４の実効径又は最小径と同等若しくは小さいの
が好ましい。
コイル２４の実効径又は最小径と同等若しくは小さいの
が好ましい。
送電コイル１４と受電コイル２４は、送電コイル１４を
１次側、受電コイル２４を２次側とする開放磁路型の変
成器を構成し、第１図の磁気結合回路の等価回路は、第
４図の如く表される。尚、３０は、周波数変換回路１２
に含まれる位相制御式の矩形波発振回路である。開放磁
路であることにより相当量の漏れ磁束が存在するが、こ
れによる漏れインダクタンスＬＸは、第４図の等価回路
からも分かるように、１次側電圧Ｖｉａと２次側電圧ｖ
０□との間の電圧降下となるので、出来る限り小さいこ
とが望まルい、この電圧降下は周知の如く周波数に比例
するので、使用周波数を可能な範囲で低くするのが好ま
しいが、磁歪振動音の発生もあってあまり小さくできず
、低くても１５ＫＨｚ程度が好ましい。従って、図示実
施例の発振回路３０は１５〜２５ＫＨｚの矩形波を発生
するように調整されているが、コイル１４．２４間の距
離によっては、磁気結合率の関係でより高い周波数が好
ましい状況もありうる点に留意すべきである。
１次側、受電コイル２４を２次側とする開放磁路型の変
成器を構成し、第１図の磁気結合回路の等価回路は、第
４図の如く表される。尚、３０は、周波数変換回路１２
に含まれる位相制御式の矩形波発振回路である。開放磁
路であることにより相当量の漏れ磁束が存在するが、こ
れによる漏れインダクタンスＬＸは、第４図の等価回路
からも分かるように、１次側電圧Ｖｉａと２次側電圧ｖ
０□との間の電圧降下となるので、出来る限り小さいこ
とが望まルい、この電圧降下は周知の如く周波数に比例
するので、使用周波数を可能な範囲で低くするのが好ま
しいが、磁歪振動音の発生もあってあまり小さくできず
、低くても１５ＫＨｚ程度が好ましい。従って、図示実
施例の発振回路３０は１５〜２５ＫＨｚの矩形波を発生
するように調整されているが、コイル１４．２４間の距
離によっては、磁気結合率の関係でより高い周波数が好
ましい状況もありうる点に留意すべきである。
他方、周波数を低くした場合に、平滑化回路２６から受
電コイル２４を見たインピーダンスを大きくしておくた
めには、コイル１４．２４のインダクタンスを大きくす
る必要があるが、そうすると漏れインダクタンスも大き
くなり、電力の伝達効率が悪（なってしまう。そこで、
本実施例では、送電コイル１４に並列にコンデンサ３２
を接続し、変成器（コイル１４とコイル２４）の二次側
から見たインピーダンスが、共振現象により送電時には
大きくなるようにした。換言すれば、第４図の等価回路
において、送電状態でのインダクタンス３４とコンデン
サ３２とが、当該送電用コイル１４に印加される電流の
周波数よりも高い周波数で並列共振するようなコンデン
サ３２の値Ｃ２を選択する。この選択により、コンデン
サ３２とインダクタンス３４は共振周波数ｆＲの発振源
を構成することになり、共振のエネルギーも負荷側に流
れるので、全体的に送電効率が向上す名ことになる。
電コイル２４を見たインピーダンスを大きくしておくた
めには、コイル１４．２４のインダクタンスを大きくす
る必要があるが、そうすると漏れインダクタンスも大き
くなり、電力の伝達効率が悪（なってしまう。そこで、
本実施例では、送電コイル１４に並列にコンデンサ３２
を接続し、変成器（コイル１４とコイル２４）の二次側
から見たインピーダンスが、共振現象により送電時には
大きくなるようにした。換言すれば、第４図の等価回路
において、送電状態でのインダクタンス３４とコンデン
サ３２とが、当該送電用コイル１４に印加される電流の
周波数よりも高い周波数で並列共振するようなコンデン
サ３２の値Ｃ２を選択する。この選択により、コンデン
サ３２とインダクタンス３４は共振周波数ｆＲの発振源
を構成することになり、共振のエネルギーも負荷側に流
れるので、全体的に送電効率が向上す名ことになる。
３６．３７はインダクタンスであり、漏れインダクタン
スＬｘの半分の値を持つ。４０は整流用のダイオード、
４２は平滑用コンデンサである。
スＬｘの半分の値を持つ。４０は整流用のダイオード、
４２は平滑用コンデンサである。
明示的には図示しなかったが、電気回路２８は充電式電
池を具備し、その充電式電池がこの平滑化回路２６から
の直流電圧ＶＤＣによって充電されることになる。
池を具備し、その充電式電池がこの平滑化回路２６から
の直流電圧ＶＤＣによって充電されることになる。
実験によれば、コイル１４．２４間の間隔が３ｍｍ、発
振回路３０の出力交流電圧ＶｉＭが１００ Ｖ、周波数
ｆ０が２５Ｋ）Ｉｚの場合に、第４図の平滑化回路２６
の出力直流電圧Ｖｉｌｅ及び負荷電流■、は、コンデン
サ３２による共振周波数ｆＲに対し第５図の特性を示し
た。共振周波数ｆ、が発振回路３０の発振周波数ｆ０の
１．５倍程度に小さい場合には、直流電圧ＶＤＣは入力
の交流電圧Ｖｉ、の変動の影響を受は易くなるが、共振
周波数ｆｌＩが１．５倍以上、特に２ｆｏ程度となるよ
うなコンデンサ３２の容量を選択した場合にはく平滑化
回路２６から交流電圧変動に対して安定な３ＶＡ程度の
電力を得ることができた。即ち、第５図から分かるよう
に、２倍の周波数で共振させるときが最適であった。具
体的には、入力交流電圧１００■で出力電流を０．４Ａ
としたときに最大３．６Ｗの出力が得られ、また、３Ｖ
Ａの出力を４０％程度の電力伝達効率で得られており、
一般の電気接続方式の場合に較べ遜色の無い性能を示し
ている。
振回路３０の出力交流電圧ＶｉＭが１００ Ｖ、周波数
ｆ０が２５Ｋ）Ｉｚの場合に、第４図の平滑化回路２６
の出力直流電圧Ｖｉｌｅ及び負荷電流■、は、コンデン
サ３２による共振周波数ｆＲに対し第５図の特性を示し
た。共振周波数ｆ、が発振回路３０の発振周波数ｆ０の
１．５倍程度に小さい場合には、直流電圧ＶＤＣは入力
の交流電圧Ｖｉ、の変動の影響を受は易くなるが、共振
周波数ｆｌＩが１．５倍以上、特に２ｆｏ程度となるよ
うなコンデンサ３２の容量を選択した場合にはく平滑化
回路２６から交流電圧変動に対して安定な３ＶＡ程度の
電力を得ることができた。即ち、第５図から分かるよう
に、２倍の周波数で共振させるときが最適であった。具
体的には、入力交流電圧１００■で出力電流を０．４Ａ
としたときに最大３．６Ｗの出力が得られ、また、３Ｖ
Ａの出力を４０％程度の電力伝達効率で得られており、
一般の電気接続方式の場合に較べ遜色の無い性能を示し
ている。
以上の説明から容易に理解できるように、本発明によれ
ば、非接触で、且つ効率よく比較的大きな電力を送るこ
とができる。電気結線的には非接触であるから、極めて
清浄であることが要求される環境での電気機器、逆に極
めて劣悪な環境下での電気機器、密閉式の電気機器、可
燃性又は爆発性雰囲気中にあるために電気結線による給
電が困難な装置等に極めて有益である。
ば、非接触で、且つ効率よく比較的大きな電力を送るこ
とができる。電気結線的には非接触であるから、極めて
清浄であることが要求される環境での電気機器、逆に極
めて劣悪な環境下での電気機器、密閉式の電気機器、可
燃性又は爆発性雰囲気中にあるために電気結線による給
電が困難な装置等に極めて有益である。
第１図は本発明の一実施例により密閉型の装置に給電す
る状態の断面図、第２図及び第３図は給電される端末装
置側の受電コイルの正面図及び中央断面図、第４図は第
１図の等価回路、第５図は給電特性を示す図である。 １０・−給電装置 １０ Ａ−筺体 １２・−・周波数
変換回路 １４−送電コイル １６−磁芯 ２０・・・
一端末装置 ２２−筺体 ２４・−受電コイル ２６−
平滑化回路 ２８−・−電気回路 ３０・・−発振回路
３２・−共振用コンデンサ ３４，３６．３７−・イン
ダクタンス
る状態の断面図、第２図及び第３図は給電される端末装
置側の受電コイルの正面図及び中央断面図、第４図は第
１図の等価回路、第５図は給電特性を示す図である。 １０・−給電装置 １０ Ａ−筺体 １２・−・周波数
変換回路 １４−送電コイル １６−磁芯 ２０・・・
一端末装置 ２２−筺体 ２４・−受電コイル ２６−
平滑化回路 ２８−・−電気回路 ３０・・−発振回路
３２・−共振用コンデンサ ３４，３６．３７−・イン
ダクタンス
Claims (9)
- （１）磁気結合により電力を供給する装置であって、送
電用磁気結合素子に並列に容量性素子を接続してあるこ
とを特徴とする非接触式電力供給装置。 - （２）前記送電用磁気結合素子に少なくとも約１５ＫＨ
ｚの交流電流を印加することを特徴とする特許請求の範
囲第（１）項に記載の装置。 - （３）前記容量性素子が、送電状態において、前記送電
用磁気結合素子に印加される交流電流の周波数の１．５
倍以上の周波数で共振を生じさせる容量値を持つ特許請
求の範囲第（１）項又は第（２）項に記載の装置。 - （４）前記容量性素子が、送電状態において、前記送電
用磁気結合素子に印加される交流電流の周波数のほぼ２
倍の周波数で共振を生じさせる容量値を持つ特許請求の
範囲第（１）項、第（２）項又は第（３）項に記載の装
置。 - （５）送電装置から、当該送電装置とは別体の受電装置
に磁気結合により電力を供給する非接触式電力供給装置
であって、当該送電装置は容量性素子を並列接続した送
電用磁気結合素子を具備し、当該受電装置は薄型の受電
用磁気結合素子を具備することを特徴とする非接触式電
力供給装置。 - （６）前記受電用磁気結合素子がシート・コイルからな
る特許請求の範囲第（５）項に記載の装置。 - （７）前記送電用磁気結合素子に少なくとも約１５ＫＨ
ｚの交流電流を印加することを特徴とする特許請求の範
囲第（５）項又は第（６）項に記載の装置。 - （８）前記容量性素子が、送電状態において、前記送電
用磁気結合素子に印加される交流電流の周波数の１．５
倍以上の周波数で共振を生じさせる容量値を持つ特許請
求の範囲第（５）項乃至第（７）項の何れか１項に記載
の装置。 - （９）前記容量性素子が、送電状態において、前記送電
用磁気結合素子に印加される交流電流の周波数のほぼ２
倍の周波数で共振を生じさせる容量値を持つ特許請求の
範囲第（５）項乃至第（８）項の何れか１項に記載の装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62056014A JPS63224635A (ja) | 1987-03-11 | 1987-03-11 | 非接触式電力供給装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62056014A JPS63224635A (ja) | 1987-03-11 | 1987-03-11 | 非接触式電力供給装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63224635A true JPS63224635A (ja) | 1988-09-19 |
Family
ID=13015203
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62056014A Pending JPS63224635A (ja) | 1987-03-11 | 1987-03-11 | 非接触式電力供給装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63224635A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007321425A (ja) * | 2006-05-31 | 2007-12-13 | Matsushita Electric Works Ltd | 電気錠 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4921624A (ja) * | 1972-04-21 | 1974-02-26 | ||
| JPS5592504A (en) * | 1978-04-25 | 1980-07-14 | Bolger John George | Vehicle used on road in combination with electric power source for generating magnetic field |
| JPS5778792A (en) * | 1980-11-04 | 1982-05-17 | Sanyo Electric Co | Power source circuit for cordless electric device |
-
1987
- 1987-03-11 JP JP62056014A patent/JPS63224635A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4921624A (ja) * | 1972-04-21 | 1974-02-26 | ||
| JPS5592504A (en) * | 1978-04-25 | 1980-07-14 | Bolger John George | Vehicle used on road in combination with electric power source for generating magnetic field |
| JPS5778792A (en) * | 1980-11-04 | 1982-05-17 | Sanyo Electric Co | Power source circuit for cordless electric device |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007321425A (ja) * | 2006-05-31 | 2007-12-13 | Matsushita Electric Works Ltd | 電気錠 |
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