JPH09182323A - 非接触式電力伝達装置 - Google Patents

非接触式電力伝達装置

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JPH09182323A
JPH09182323A JP7342615A JP34261595A JPH09182323A JP H09182323 A JPH09182323 A JP H09182323A JP 7342615 A JP7342615 A JP 7342615A JP 34261595 A JP34261595 A JP 34261595A JP H09182323 A JPH09182323 A JP H09182323A
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JP
Japan
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power
inductor
rectified
transmission device
circuit
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JP7342615A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Hayashi
宏 林
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Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 共振手段のインダクタンスを良好に小さくで
きる非接触式電力伝達装置を提供する。 【解決手段】 商用電源６からの電力を整流し、その整
流電力を所定周波数でスイッチングしてインダクタＬ１
を含む共振手段に供給することにより、インダクタＬ１
に電磁気的に結合可能なインダクタＬ２を含む２次側回
路２に非接触で電力を伝達する非接触式電力伝達装置１
であって、整流電力の電圧を所定値に降圧させるＤＣ／
ＤＣコンバータ３を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は、商用電源から得
た電力を２次側回路に非接触で伝達する非接触式電力伝
達装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、コードレス電話、液晶テレビ、電
動歯ブラシ、工作器具など、電力を使用する各種の携帯
機器が日常的に多数使用されている。このような携帯機
器は、通常、充電式の電池を内蔵しており、適宜充電す
る必要がある。この充電には、各種の方法が採用されて
いるが、携帯機器に充電用のアダプタやコードなどを接
続することなく、携帯機器を単に充電器台の上などに載
置するだけで充電が行われるようにするのが最も便利で
ある。
【０００３】そこで、電磁誘導を利用した非接触式電力
伝達装置が提案されているが、従来の非接触式電力伝達
装置は、商用電源からの電力を整流し、その整流電力を
所定周波数でスイッチングしてインダクタを含む共振手
段に供給することにより、共振手段のインダクタに電磁
気的に結合可能なインダクタを含む２次側回路に非接触
で電力を伝達する構成であった。
【０００４】しかし、従来の非接触式電力伝達装置で
は、商用電力を全波整流した整流電力を共振回路に直接
供給するので、整流電力の電圧が高く、このため共振回
路に接続されたスイッチング用のトランジスタの損失が
大きいことから、スイッチング周波数を十分に高くする
ことができず、この結果、共振回路のインダクタンスを
小さくすることができない。たとえば、商用電源の電圧
が１００ボルトの場合、全波整流した整流電力の電圧の
ピーク値は１４１ボルト程度であり、スイッチング周波
数は数ＫＨｚ〜百数十ＫＨｚ程度以下となって、インダ
クタンスは数ｍＨ程度（たとえば７．０５ｍＨ）と大き
な値になる。また、スイッチング用のトランジスタに印
加される電圧のピーク値も、たとえば４４２ボルトと大
きな値になる。
【０００５】したがって、共振回路のインダクタが大型
化し、インダクタを基板上にパターン化することができ
ないので、非接触式電力伝達装置の小型・軽量化の妨げ
となるとともに、インダクタを個別部品として基板に実
装する必要があり、生産性が悪いという課題があった。
しかも、スイッチング用のトランジスタとして、高耐圧
のものを用いる必要があった。
【０００６】
【発明の開示】本願発明は、上記した事情のもとで考え
出されたものであって、共振手段のインダクタンスを良
好に小さくできる非接触式電力伝達装置を提供すること
をその課題とする。
【０００７】上記の課題を解決するため、本願発明で
は、次の技術的手段を講じている。
【０００８】本願発明の第１の側面によれば、商用電源
からの電力を整流し、その整流電力を所定周波数でスイ
ッチングしてインダクタを含む共振手段に供給すること
により、共振手段のインダクタに電磁気的に結合可能な
インダクタを含む２次側回路に非接触で電力を伝達する
非接触式電力伝達装置であって、整流電力の電圧を所定
値に降圧させる降圧手段を設けた非接触式電力伝達装置
が提供される。
【０００９】降圧手段により整流電力の電圧を所定値に
降圧させて共振手段に供給するので、スイッチングの損
失が軽減され、この結果、スイッチング周波数を十分に
高くできる。しかも、共振手段のインダクタに印加され
る電圧が十分に低い。したがって、共振手段のインダク
タンスを良好に小さくでき、たとえば、インダクタを基
板上にパターン化できる。したがって、装置の小型・軽
量化を実現できるとともに、インダクタを個別部品とし
て基板に実装する必要がなくなり、生産性の向上を図る
ことができる。もちろん、スイッチング周波数を十分に
高くできることから、２次側回路のインダクタンスも小
さくでき、２次側回路についても同様の効果が得られ
る。
【００１０】商用電源からの電力を整流する整流手段と
しては、たとえば全波整流回路、あるいは半波整流回路
などを用いることができる。
【００１１】インダクタを含む共振手段としては、たと
えばインダクタとキャパシタとの並列共振回路、あるい
はインダクタとキャパシタとの直列共振回路などを用い
ることができる。
【００１２】好ましい実施の形態によれば、整流電力の
スイッチングが、整流電力を電源とする発振器と、この
発振器からの発振出力に応じて共振手段に供給される整
流電力をスイッチングするトランジスタとにより行われ
る。
【００１３】トランジスタとしては、電界効果トランジ
スタあるいはバイポーラトランジスタなどを用いること
ができる。電界効果トランジスタの場合、ゲートが発振
器の出力端に接続され、ソース・ドレイン間が共振手段
と直列に接続される。バイポーラトランジスタの場合、
ベースが発振器の出力端に接続され、コレクタ・エミッ
タ間が共振手段と直列に接続される。降圧手段により整
流電力を降圧するので、スイッチング用のトランジスタ
として、耐圧の低いものを用いることができ、製造コス
トの低減を図ることができる。
【００１４】別の好ましい実施の形態によれば、２次側
回路は、充電式電池を含み、非接触で伝達された電力に
より充電式電池が充電される。
【００１５】充電式電池としては、たとえばニッケル・
カドミウム電池、ニッケル・水素電池、リチウムイオン
電池などを用いることができる。
【００１６】本願発明のその他の特徴および利点は、添
付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より
明らかとなろう。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本願発明の好ましい実施の
形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００１８】図１は、本願発明に係る非接触式電力伝達
装置の回路図であって、図１においては、非接触式電力
伝達装置１の他に、非接触式電力伝達装置１から無接触
で電力を伝達される２次側回路２も含めて図示してい
る。なお、図示していないが、２次側回路２は、コード
レス電話、液晶テレビ、電動歯ブラシ、工作器具など、
電力を使用する各種の携帯機器に内蔵されており、非接
触式電力伝達装置１は、それらの携帯機器の充電器台に
内蔵されている。この非接触式電力伝達装置１は、ＤＣ
／ＤＣコンバータ３、発振器４、電源プラグ５、ダイオ
ードＤ１、キャパシタＣ１〜Ｃ３、インダクタＬ１、お
よび電界効果トランジスタＦＥＴ１を備えており、電源
プラグ５は商用電源６に電気的に接続される。
【００１９】また、２次側回路２は、インダクタＬ２、
キャパシタＣ４，Ｃ５、ダイオードＤ２、スイッチＳＷ
１、および充電式電池７を備えている。
【００２０】商用電源６の一端は、電源プラグ５を介し
てダイオードＤ１のアノードに接続されており、ダイオ
ードＤ１のカソードは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力
端とキャパシタＣ１の一端とに接続されている。ＤＣ／
ＤＣコンバータ３の出力端は、キャパシタＣ２，Ｃ３の
一端と発振器４の電源入力端とインダクタＬ１の一端と
に接続されており、発振器４の出力端は、電界効果トラ
ンジスタＦＥＴ１のゲートに接続されている。インダク
タＬ１の他端は、キャパシタＣ３の他端と電界効果トラ
ンジスタＦＥＴ１のドレインとに接続されており、キャ
パシタＣ１，Ｃ２の他端とＤＣ／ＤＣコンバータ３およ
び発振器４の接地端と電界効果トランジスタＦＥＴ１の
ソースとは、電源プラグ５を介して商用電源６の他端に
接続されている。
【００２１】インダクタＬ２の一端は、キャパシタＣ４
の一端およびダイオードＤ２のアノードに接続されてお
り、ダイオードＤ２のカソードは、キャパシタＣ５の一
端とスイッチＳＷ１の一端とに接続されている。スイッ
チＳＷ１の他端は、充電式電池７の正極端に接続されて
おり、充電式電池７の負極端とキャパシタＣ４，Ｃ５の
他端とは、インダクタＬ２の他端に接続されている。
【００２２】ダイオードＤ１と電解コンデンサからなる
キャパシタＣ１とは、たとえば単相交流１００ボルトの
商用電源６からの電力を整流する整流手段を構成してい
る。ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、ダイオードＤ１および
キャパシタＣ１からなる整流手段により整流された整流
電力の電圧を所定電圧に降圧する降圧手段を構成してい
る。このＤＣ／ＤＣコンバータ３の具体的な回路は周知
であるので、図示および説明を省略する。キャパシタＣ
２は、電解コンデンサからなり、ＤＣ／ＤＣコンバータ
３により降圧された整流電力を平滑化する平滑手段を構
成している。発振器４と電界効果トランジスタＦＥＴ１
とは、キャパシタＣ２により平滑化された整流電力を所
定周波数でスイッチングするスイッチング手段を構成し
ている。すなわち、発振器４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ
３により降圧された整流電力を電源として動作し、予め
設定された所定周波数のパルス信号を電界効果トランジ
スタＦＥＴ１のゲートに供給する。これにより電界効果
トランジスタＦＥＴ１のチャネルすなわちドレイン・ソ
ース間が、発振器４からのパルス信号の周波数に応じて
導通状態と非導通状態との間の反転を繰り返し、インダ
クタＬ１とキャパシタＣ３とからなる共振手段に供給さ
れるＤＣ／ＤＣコンバータ３からの整流電力を断続させ
る。なお、発振器４の具体的な回路は周知であるので、
図示および説明を省略する。また、電界効果トランジス
タＦＥＴ１は、ｎチャネルエンハンスメントモードＭＯ
Ｓ・ＦＥＴである。インダクタＬ１とキャパシタＣ３と
は、並列共振回路からなる共振手段を構成しており、こ
の並列共振回路の共振条件をほぼ満足するように、発振
器４の発振周波数が設定されている。
【００２３】２次側回路２のインダクタＬ２とキャパシ
タＣ４とは、並列共振回路を構成しており、インダクタ
Ｌ２を非接触式電力伝達装置１のインダクタＬ１による
磁束と鎖交する状態に位置させることにより、インダク
タＬ２に電磁誘導による起電力が発生する。この並列共
振回路は、電磁誘導によりインダクタＬ２に発生する起
電力により共振するように回路条件が設定されている。
ダイオードＤ２と電解コンデンサからなるキャパシタＣ
５とは、インダクタＬ２とキャパシタＣ４とからなる並
列共振回路からの誘導電力を整流する整流回路を構成し
ている。スイッチＳＷ１は、ダイオードＤ２とキャパシ
タＣ５とからなる整流回路からの整流電力を充電式電池
７に供給するスイッチ手段を構成している。充電式電池
７は、スイッチＳＷ１からなるスイッチ手段を介して供
給される整流電力により充電され、携帯機器の制御回路
および駆動回路などの各種回路（図示せず）に直流電力
を供給する電源を構成している。
【００２４】次に動作を説明する。電源プラグ５を商用
電源６のコンセント（図示せず）に挿入すると、商用電
源６から非接触式電力伝達装置１にたとえば単相交流１
００ボルトの商用電力が供給され、この商用電力は、ダ
イオードＤ１とキャパシタＣ１とからなる整流手段によ
り整流され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３により所定電圧に
降圧されて、キャパシタＣ２からなる平滑手段により平
滑化され、インダクタＬ１とキャパシタＣ３とからなる
共振手段および発振器４に供給される。これにより発振
器４が、所定周波数のパルス信号を電界効果トランジス
タＦＥＴ１のゲートに供給し、電界効果トランジスタＦ
ＥＴ１が所定周波数でオン・オフする。したがって、イ
ンダクタＬ１とキャパシタＣ３とからなる共振手段に供
給される整流電力が所定周波数で断続され、共振手段が
共振して、インダクタＬ１により磁束が発生する。この
とき、ＤＣ／ＤＣコンバータ３により整流電力を適切に
降圧しているので、スイッチングによる電界効果トラン
ジスタＦＥＴ１の損失が良好に軽減されることから、ス
イッチング周波数を十分に高くできる。この結果、イン
ダクタＬ１のインダクタンスを十分に小さくでき、イン
ダクタＬ１を基板上にパターン化することが可能にな
る。
【００２５】たとえば、商用電源６の電圧を１００ボル
トとし、ＤＣ／ＤＣコンバータ３により整流電力の電圧
のピーク値を数ボルト〜数十ボルト（たとえば１２ボル
ト）に降圧した場合、電界効果トランジスタＦＥＴ１の
スイッチングによる損失が許容限度になるまでスイッチ
ングの周波数を高くすると、数百ＫＨｚ〜数ＭＨｚの周
波数でスイッチングすることが可能になる。したがっ
て、インダクタＬ１のインダクタンスをたとえば６０μ
Ｈ程度に小さくできる。この結果、インダクタＬ１を基
板上でパターン化できることから、装置の小型・軽量化
を実現できるとともに、インダクタＬ１を個別部品とし
て基板に実装する必要がなくなり、生産性の向上を実現
できる。しかも、電界効果トランジスタＦＥＴ１のドレ
インに印加される電圧のピーク値もたとえば３７．７ボ
ルト程度に小さくなり、電界効果トランジスタＦＥＴ１
として耐圧の低いものを用いることができる。
【００２６】非接触式電力伝達装置１を内蔵した充電器
台の上に２次側回路２を内蔵した携帯機器を載置する
と、非接触式電力伝達装置１のインダクタＬ１により発
生した磁束が、２次側回路２のインダクタＬに鎖交する
ように、インダクタＬ１，Ｌ２が配置されているので、
インダクタＬ１により発生した磁束により、インダクタ
Ｌ２に起電力が発生し、これによりインダクタＬ２とキ
ャパシタＣ４とからなる並列共振回路が共振し、誘導電
力がダイオードＤ２とキャパシタＣ５とからなる整流回
路により整流されて、スイッチＳＷ１が閉成していれ
ば、充電式電池７に供給され、充電式電池７が充電され
る。
【００２７】すなわち、商用電源６からの電力が、イン
ダクタＬ１とインダクタＬ２との電磁的結合により、非
接触式電力伝達装置１から２次側回路２に非接触で伝達
され、充電式電池７が充電される。なお、インダクタＬ
１に印加される整流電力のスイッチング周波数を高くし
ているので、インダクタＬ１により発生する磁束の周波
数も高いことから、２次側回路２のインダクタＬ２のイ
ンダクタンスも小さくできる。したがって、インダクタ
Ｌ２も基板上にパターン化できるので、２次側回路２の
小型・軽量化を実現できるとともに、インダクタＬ２を
個別部品として基板に実装する必要がなくなり、生産性
の向上を実現できる。以上の結果、携帯機器やその充電
器台を小型・軽量化することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る非接触式電力伝達装置の回路図
である。
【符号の説明】
１ 非接触式電力伝達装置 ２ ２次側回路 ３ ＤＣ／ＤＣコンバータ ４ 発振器 ７ 充電式電池 ＦＥＴ１ 電界効果トランジスタ Ｌ１，Ｌ２ インダクタ Ｃ３，Ｃ４ キャパシタ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 商用電源からの電力を整流し、その整流
    電力を所定周波数でスイッチングしてインダクタを含む
    共振手段に供給することにより、前記インダクタに電磁
    気的に結合可能なインダクタを含む２次側回路に非接触
    で電力を伝達する非接触式電力伝達装置であって、 前記整流電力の電圧を所定値に降圧させる降圧手段を設
    けたことを特徴とする、非接触式電力伝達装置。
  2. 【請求項２】 前記整流電力のスイッチングは、前記整
    流電力を電源とする発振器と、この発振器からの発振出
    力に応じて前記共振手段に供給される前記整流電力をス
    イッチングするトランジスタとにより行われることを特
    徴とする、請求項１に記載の非接触式電力伝達装置。
  3. 【請求項３】 前記２次側回路は、充電式電池を含み、
    非接触で伝達された電力により前記充電式電池が充電さ
    れることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載
    の非接触式電力伝達装置。
JP7342615A 1995-12-28 1995-12-28 非接触式電力伝達装置 Pending JPH09182323A (ja)

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