JPH10215530A - 非接触電力伝送装置 - Google Patents

非接触電力伝送装置

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JPH10215530A
JPH10215530A JP9014118A JP1411897A JPH10215530A JP H10215530 A JPH10215530 A JP H10215530A JP 9014118 A JP9014118 A JP 9014118A JP 1411897 A JP1411897 A JP 1411897A JP H10215530 A JPH10215530 A JP H10215530A
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JP
Japan
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power
side member
power transmission
power supply
coil
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JP9014118A
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English (en)
Inventor
Hideaki Abe
秀明 安倍
Hiroyasu Kitamura
浩康 北村
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 対応する被給電側部材以外に対しては給電側
部材からの非接触電力伝送動作がなされないものとして
安全性を高くする。 【解決手段】 電力が加えられる一次コイル２を備えた
給電側部材１と、該給電側部材１に対して着脱自在であ
り且つ給電側部材１への装着時に上記一次コイル２によ
る磁界内におかれる二次コイル４を備えている被給電側
部材３とからなる非接触電力伝送装置である。給電側部
材１は被給電側部材３の給電側部材１への装着を検出し
て被給電側部材３への非接触電力伝送を開始させる負荷
検出制御回路１３を備える。正規負荷としての被給電側
部材３が装着されていない状態では非接触電力伝送動作
がなされない。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は給電側部材に設けら
れて電力が加えられる誘導コイルと、被給電側部材に設
けられて誘導コイルが発生する磁界内におかれる被誘導
コイルとからなる非接触電力伝送装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】非接触電力伝送装置は、一次コイルに高
周波を加えることで発生させた磁界内に二次コイルを位
置させて、二次コイルに電磁誘導によって電力を伝達す
るものであり、一次コイルと二次コイルとの間には絶縁
物を介在させることができるために充電部を外部に露出
させることなく電力を伝達することができることから、
防水構造が必要とされるものにおいて好適に用いること
ができる。
【０００３】一例を図２６に示す。被給電側部材３は防
水型電気かみそりであり、モータ駆動回路に電源を供給
する二次電池３０には整流器を介して二次コイル４が接
続されている。一方、給電側部材１は商用電源を整流平
滑して得た直流から高周波を生成するインバータ１１と
この高周波が印加される一次コイル２とを内蔵するもの
で、給電側部材１上に被給電側部材３が置かれて一次コ
イル２と二次コイル４とが対向し、給電側部材１から被
給電側部材３への非接触電力伝送によって、二次電池３
０の充電がなされる。給電側部材３が充電器を構成する
ようになっているわけである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のこの
種の電力伝送装置では、給電側部材１が電源に接続され
た状態では、一次コイル２に高周波電流が常時供給され
ていたことから、図２７に示すように、金属異物７が一
次コイル２の近接位置に置かれると、金属異物には磁束
の鎖交によってうず電流が流れて誘導加熱状態になり、
急激に発熱することになり、きわめて危険である。
【０００５】本発明はこのような点に鑑み為されたもの
であり、その目的とするところは対応する被給電側部材
以外に対しては給電側部材からの非接触電力伝送動作が
なされず、安全性が高い非接触電力伝送装置を提供する
にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】しかして本発明は、電力
が加えられる一次コイルを備えた給電側部材と、該給電
側部材に対して着脱自在であり且つ給電側部材への装着
時に上記一次コイルによる磁界内におかれる二次コイル
を備えている被給電側部材とからなる非接触電力伝送装
置において、給電側部材は被給電側部材の給電側部材へ
の装着を検出して被給電側部材への非接触電力伝送を開
始させる負荷検出制御回路を備えていることに特徴を有
している。正規負荷としての被給電側部材が装着されて
いない状態では非接触電力伝送動作がなされないように
したものである。
【０００７】この時の非接触電力伝送の開始は、給電側
部材の間欠発振状態から連続発振状態への切り換えで行
うようにすると、負荷検出動作が容易となり、特に間欠
発振時における被給電側部材の非線形素子等による微弱
ノイズの検出で被給電側部材の装着を検出すると構成が
簡単ですむものとなる。負荷検出制御回路が専用の発振
手段と受信手段とを備えているものとしてもよく、この
場合、発振手段と受信手段とを共に給電側部材に設けて
も、発振手段は被給電側部材に、受信手段は給電側部材
に設けてもよい。
【０００８】被給電側部材に発振手段を設ける時には、
発振手段は給電側部材からの非接触電力伝送によって電
源を得るようにするとよく、この場合、被給電側部材の
発振手段からの信号を給電側部材の受信手段が検出して
非接触電力伝送を継続状態とするとよい。被給電側部材
の発振手段と給電側部材の受信手段とは情報の相互授受
を行うものであってもよい。
【０００９】また、被給電側部材の給電側部材への装着
を検出するスイッチを併用してもよい。負荷検出制御回
路が具備するアンテナは、一次コイルを利用してもよ
い。また負荷検出制御回路のアンテナは電力伝送用コイ
ルの発生磁界の誘導を受けない位置に配しておくこと、
たとえばコイルアンテナを電力伝送用コイルの作る磁力
線ループの外側または内側に設けておくことが好まし
い。コイルアンテナを電力伝送用コイルの作る磁力線と
平行な面に設けてもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の一例につい
て説明すると、図１において、直流電源１０から高周波
電流を生成して一次コイル２に印加するインバータ１１
には、該インバータ１１を間欠的に作動させることにな
る間欠発振制御回路１２が接続されている。また、一次
コイル２におけるコアに巻かれたアンテナコイル１７を
備えた負荷検出回路１３を備えており、該負荷検出回路
１３の出力で間欠発振制御回路１２の動作が切り換えら
れるようになっている。図中３は二次コイル４を内蔵し
て非接触電力伝送で送られてきた電力で二次電池３０の
充電を行う被給電側部材である。
【００１１】この非接触電力伝送装置においては、常時
は間欠発振制御回路１２の制御により、インバータ１１
は図３に示すように間欠的に高周波電流を一次コイル２
に印加している。図３中のイは無負荷または異物負荷の
期間を、ロは正規負荷が接続された期間を示している。
なお、間欠発振時における一次コイル２に高周波を加え
ている時間は、高周波を加えていない時間よりも図３で
示す期間よりもかなり短くしておくことが好ましく、上
記両時間の比は図に示すものに限るものではない。
【００１２】ここで、正規の被給電側部材３が給電側部
材１に装着されていない時、つまり無負荷であったり金
属異物が置かれている状態では、負荷検出回路１３での
検出回路信号Ｖｓがほとんど現れないのに対して、正規
の被給電側部材３が装着された時には、被給電側部材３
側における整流ダイオードなどの非線形素子等から高調
波成分として微弱なノイズが発生する。このノイズをア
ンテナコイル１７を通じて負荷検出回路１３に高周波交
流としての検出回路信号Ｖｓが流れることから、これを
検出して間欠発振制御回路１２に出力することで、イン
バータ１１を連続発振状態に移行させる。つまり、正規
の被給電側部材３が接続されていない時には、間欠発振
がなされるだけであるが、正規の被給電側部材３が接続
されたならば、これを検出して連続発振動作に移ること
で非接触電力伝送動作を開始するものである。図２に上
記動作のフローチャートを示す。
【００１３】図４は上記アンテナコイル１７を電力伝送
用の一次コイル２で兼用するとともに、負荷検出回路１
３を一次コイル２間の電圧から入力されるようにしたも
のを示しており、また図５はアンテナコイル１７を電力
伝送用の一次コイル２で兼用するとともに、負荷検出回
路１３をインバータ１１におけるスイッチング素子の電
圧から入力されるようにしたものを示している。いずれ
にしても、負荷検知動作は非接触電力伝送動作中も継続
して行い、正規の被給電側部材３が外された時には非接
触電力伝送動作を中断し、再度間欠発振動作に移行す
る。上記間欠発振動作に代えて、給電側部材１の電源ス
イッチを投入した時点でインバータ１１が短時間作動し
て上記の負荷検知動作を行い、適合負荷が接続されてい
ないことを検知した場合は、再度電源スイッチを投入し
なおさない限り上記負荷検知動作を行わないようにした
ものであってもよい。
【００１４】図６に他の実施の形態の一例を示す。ここ
では給電側部材１に信号発振回路１５と発振用のアンテ
ナコイル１６と受信用アンテナコイル１７と負荷検出回
路１３とを設けている。信号発振回路１５は図７に示す
信号発振出力Ｖｈをアンテナコイル１６に加えており、
このために正規の被給電側部材３が接続されていない無
負荷時であれば負荷検出回路１３には所定レベル以上の
検出回路信号Ｖｓが流れていることから、インバータ１
１を停止させているが、正規の被給電側部材３が装着さ
れた時には、検出回路信号Ｖｓは所要の減衰が生じたも
のとなるために、これを検出して起動停止回路１４を介
してインバータ１１を起動させて非接触電力伝送動作に
移行させる。また、金属異物などがおかれた時には、検
出回路信号Ｖｓは正規の負荷の場合よりもさらに減衰が
生じたものとなるために、インバータ１１を停止させた
ままとする。図８に示すように、アンテナコイル１６が
発振用と受信用とを兼用するようにしてもよい。
【００１５】インバータ１１は正規の被給電側部材３が
装着されていない時には全く作動しないために、前記の
実施の形態のものよりもさらに安全性が高くなるもので
あり、また信号発振回路１５がアンテナコイル１６を通
じて出力する信号Ｖｈは微弱なものでよいために、非接
触電力伝送動作を行っていない時の電力消費を抑えるこ
とができる。
【００１６】図９に別の実施の形態の一例を示す。ここ
では被給電側部材３に信号発振回路３２と発振用アンテ
ナコイル３３とを設けるとともに、二次コイル４を通じ
て非接触電力伝送で受ける電力から信号発振回路３２に
電源を供給する電源部３１を設けている。また給電側部
材１には図１で示したものと同様に負荷検出回路１３と
間欠発振制御回路１２とを設けている。
【００１７】図１１に示すように、正規の被給電側部材
３が接続されていない時には、給電側部材１のインバー
タ１１の間欠発振動作によっても負荷検出信号Ｖｓは流
れなかったり正規のものとはならないが、被給電側部材
３が接続されている時には上記インバータ１１の間欠発
振動作時の非接触電力伝送で被給電側部材３の信号発振
回路３２が作動して特定周波数の信号Ｖｈを発振するた
めに、所定の負荷検出信号Ｖｓが給電側部材１で得られ
ることになり、このためにインバータ１１は連続発振動
作に移行して非接触電力伝送を行う。図１０は上記動作
のフローチャートである。
【００１８】この場合、信号発振回路３２が出力する信
号Ｖｈを被給電側部材３固有の識別信号を含むものとす
ることで、より高精度な正規負荷接続状態の検出を行う
ことができるものとなる。また、給電側部材１と被給電
側部材２との間で情報の送受を行えるようにしておくこ
とで、単なる負荷検出だけでなく、より高機能な制御を
実現することができる。
【００１９】図１２にさらに別の実施の形態の一例を、
図１３にその動作のフローチャートを示す。ここでは被
給電側部材３に磁石６を設けるとともに、給電側部材１
に負荷検出のためのものとしてマグネットスイッチ５を
設けており、また両部材１，３に夫々相互に情報の授受
を行うための受発信回路１８，３４を設けている。被給
電側部材３が給電側部材１に装着されると磁石６による
マグネットスイッチ５のオンでインバータ１１が作動し
て、被給電側部材３への非接触電力伝送が開始される。
そして被給電側部材３の受発信回路３４と給電側部材１
の受発信回路１８との間で情報信号の送受が行われるも
のであり、この時、受発信回路１８が本来の信号を受信
できなかった場合には発信制御回路１２を通じてインバ
ータ１１を停止させて、非接触電力伝送動作を中止す
る。マグネットスイッチ５が磁気を帯びた異物で作動し
てしまっても、非接触電力伝送動作を続けることがない
ことから、安全性の高いものを得ることができる。
【００２０】一次コイル２と受信用もしくは発振用のア
ンテナコイル１６との配置については、図１４に示すよ
うに、一次コイル２に電流を流した場合に生じる磁力線
がアンテナコイル１６を通るとアンテナコイル１６は本
来の負荷検出信号Ｖｓに重畳される電圧を出力してしま
うことになり、負荷検出信号Ｖｓの検出が困難となる。
このために、図１６に示すように、アンテナコイル１６
は磁力線ループの外側に配置したり、あるいは図１７に
示すように、磁力線ループの内側に配置するとよい。電
力伝送用のコイル２，４のつくる磁束変化が相殺される
ために、アンテナコイル１６は本来の負荷検出信号Ｖｓ
のみを受信（発信）することができる。図中２０及び４
０はコアである。
【００２１】図１８に示すように、一次コイル２及び二
次コイル４の軸方向とアンテナコイル１６の軸方向とが
直交するようにアンテナコイル１６を配置して、コイル
２，４が作る磁力線と平行な面にアンテナコイル１６を
位置させてもよい。電力伝送用コイル２，４で生ずる磁
力線の影響をアンテナコイル１６が受けることがなくな
る。
【００２２】また図１９は非接触電力伝送用コイル２
４，２４のコア２０，４０がＣＣ型を構成している場合
の発振用及び受信用のアンテナコイル１７，１６の配置
を磁力線ループの外側とした場合を、図２０はアンテナ
コイル３３，１６の配置を磁力線ループの外側とした場
合を示しており、図２１は非接触電力伝送用コイル２
４，２４のコア２０，４０がＣＩ型を構成している場合
のアンテナコイル３３，１６の配置を磁力線ループの外
側とした場合を示している。
【００２３】さらに図２２は円筒型コアを有する一次コ
イル２及び空芯コイルである二次コイル４の軸方向とア
ンテナコイル１６，３３の軸方向とが直交して、コイル
２，４の作る磁力線と平行な面にアンテナコイル１６，
３３が位置するように、またアンテナコイル１６，３３
の軸方向が同一となるようにアンテナコイル１６，３３
を配置した場合を示している。
【００２４】図２３はＣＣ型コア２０，４０の各脚片に
コイル２，４を巻回したものにおいて、コイル２，４に
よる磁力線ループの外側にアンテナコイル３３，１６を
配置したものを、図２４はポットコア側のコア２０，４
０を有するコイル２，４で非接触電力伝送を行うものに
おいて、コア２０，４０の外側に、つまりコイル２，４
による磁力線ループの外側にアンテナコイル３３，１６
を配置したものを示している。さらに図２５はＥＥ型の
コア２０，４０を備えたコイル２，４による磁力線ルー
プの外側にアンテナコイル３３，１６を配置したものを
示している。
【００２５】
【発明の効果】以上のように本発明においては、被給電
側部材の給電側部材への装着を検出して被給電側部材へ
の非接触電力伝送を開始させる負荷検出制御回路を給電
側部材に設けて正規負荷としての被給電側部材が装着さ
れていない状態では非接触電力伝送動作がなされないよ
うにしていることから、金属異物が給電側部材の一次コ
イル近辺に位置しても金属異物が加熱されてしまうこと
がなくて安全性が高いものである。
【００２６】この時の非接触電力伝送の開始は、給電側
部材の間欠発振状態から連続発振状態への切り換えで行
うようにすると、つまりは間欠発振時に負荷検出を行う
と、負荷検出動作が容易に且つ定期的に行うことができ
る。特に間欠発振時における被給電側部材の非線形素子
等による微弱ノイズの検出で被給電側部材の装着を検出
すると構成が簡単ですむものとなる。
【００２７】負荷検出制御回路が専用の発振手段と受信
手段とを備えているものとしてもよく、この場合、より
正確な負荷検出を行うことができる。そして上記発振手
段と受信手段とを共に給電側部材に設けた時には、一次
コイルに間欠的に電流を流す必要がなくなることから、
被給電側部材が装着されていない時の消費電流を下げる
ことができる。
【００２８】また発振手段を被給電側部材に、受信手段
は給電側部材に設けてもよく、この場合は適応する被給
電側部材の装着のみを確実に検出することができるもの
となる。被給電側部材に発振手段を設ける時には、発振
手段は給電側部材からの非接触電力伝送によって電源を
得るようにすると、被給電側部材に電池電源を設ける必
要がなくて、電池電源の消耗による検出不良を招くこと
がなくなる。そして被給電側部材の発振手段からの信号
を給電側部材の受信手段が検出して非接触電力伝送を継
続状態とすることで、電力伝送状態への移行をスムーズ
に行うことができる。
【００２９】被給電側部材の発振手段と給電側部材の受
信手段とは情報の相互授受を行うものであってもよい。
装着された被給電側部材が適合するものであるかどうか
をより正確に判別することができる上に、非接触電力伝
送のより細かい制御も可能となる。また、被給電側部材
の給電側部材への装着を検出するスイッチを併用しても
よい。被給電側部材が装着されたかどうかの検出動作を
スイッチの作動で行わせることができるために、間欠発
振動作や発振手段を常時動作させておく必要がなくな
る。
【００３０】負荷検出制御回路が具備するアンテナは、
一次コイルを利用すると部品数を少なくすることができ
る。また負荷検出制御回路のアンテナは電力伝送用コイ
ルの発生磁界の誘導を受けない位置に配しておくこと、
たとえばコイルアンテナを電力伝送用コイルの作る磁力
線ループの外側または内側に設けておくことや、あるい
はコイルアンテナを電力伝送用コイルの作る磁力線と平
行な面に設けておくことで、電力伝送用コイルによる磁
界の影響を受けることなく負荷検出を行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の回路図である。
【図２】同上の動作を示すフローチャートである。
【図３】同上の動作を示すタイムチャートである。
【図４】同上の他例の回路図である。
【図５】同上の更に他例の回路図である。
【図６】同上の別の例の回路図である。
【図７】同上の動作を示すタイムチャートである。
【図８】同上の更に別の例の回路図である。
【図９】他の実施の形態の一例の回路図である。
【図１０】同上の動作を示すフローチャートである。
【図１１】同上の動作を示すタイムチャートである。
【図１２】別の実施の形態の一例を示す回路図である。
【図１３】同上の動作を示すフローチャートである。
【図１４】電磁誘導用コイルとアンテナコイルとの配置
の一例を示す斜視図である。
【図１５】同上の配置の他例を示す斜視図である。
【図１６】同上の配置の更に他例を示す斜視図である。
【図１７】同上の配置の別の例を示す斜視図である。
【図１８】同上の配置の異なる例を示す斜視図である。
【図１９】同上の配置の更に異なる例を示す斜視図であ
る。
【図２０】同上の配置の他の例を示す斜視図である。
【図２１】同上の配置の更に他の例を示す斜視図であ
る。
【図２２】同上の配置の別の例を示す斜視図である。
【図２３】同上の配置の更に別の例を示す斜視図であ
る。
【図２４】同上の配置の異なる例を示す斜視図である。
【図２５】同上の配置の更に異なる例を示す斜視図であ
る。
【図２６】電磁誘導型非接触電力伝送装置の一例の概略
構成を示す説明図である。
【図２７】同上の問題点を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 給電側部材 ２ 一次コイル ３ 被給電側部材 ４ 二次コイル １３ 負荷検出回路

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電力が加えられる一次コイルを備えた給
    電側部材と、該給電側部材に対して着脱自在であり且つ
    給電側部材への装着時に上記一次コイルによる磁界内に
    おかれる二次コイルを備えている被給電側部材とからな
    る非接触電力伝送装置において、給電側部材は被給電側
    部材の給電側部材への装着を検出して被給電側部材への
    非接触電力伝送を開始させる負荷検出制御回路を備えて
    いることを特徴とする非接触電力伝送装置。
  2. 【請求項２】 給電側部材は間欠発振状態から連続発振
    状態への切り換えで被給電側部材への非接触電力伝送を
    開始するものであることを特徴とする請求項１記載の非
    接触電力伝送装置。
  3. 【請求項３】 負荷検出制御回路は間欠発振時における
    被給電側部材の非線形素子等による微弱ノイズの検出で
    被給電側部材の装着を検出するものであることを特徴と
    する請求項２記載の非接触電力伝送装置。
  4. 【請求項４】 負荷検出制御回路は専用の発振手段と受
    信手段とを備えていることを特徴とする請求項１または
    ２記載の非接触電力伝送装置。
  5. 【請求項５】 発振手段と受信手段とが共に給電側部材
    に設けられていることを特徴とする請求項４記載の非接
    触電力伝送装置。
  6. 【請求項６】 発振手段は被給電側部材に、受信手段が
    給電側部材に設けられていることを特徴とする請求項４
    記載の非接触電力伝送装置。
  7. 【請求項７】 被給電側部材の発振手段は給電側部材か
    らの非接触電力伝送によって電源を得ていることを特徴
    とする請求項６記載の非接触電力伝送装置。
  8. 【請求項８】 被給電側部材の発振手段からの信号を給
    電側部材の受信手段が検出して非接触電力伝送を継続状
    態とするものであることを特徴とする請求項７記載の非
    接触電力伝送装置。
  9. 【請求項９】 被給電側部材の発振手段と給電側部材の
    受信手段とは情報の相互授受を行うものであることを特
    徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の非接触電力伝
    送装置。
  10. 【請求項１０】 被給電側部材の給電側部材への装着を
    検出するスイッチを併用していることを特徴とする請求
    項６〜９のいずれかに記載の非接触電力伝送装置。
  11. 【請求項１１】 負荷検出制御回路はアンテナを具備す
    るとともに、該アンテナとして一次コイルを利用してい
    ることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の
    非接触電力伝送装置。
  12. 【請求項１２】 負荷検出制御回路はアンテナを具備す
    るとともに、該アンテナは電力伝送用コイルの発生磁界
    の誘導を受けない位置に配されていることを特徴とする
    請求項１〜１１のいずれかの項に記載の非接触電力伝送
    装置。
  13. 【請求項１３】 負荷検出制御回路はコイルアンテナを
    具備するとともに、該コイルアンテナは電力伝送用コイ
    ルの作る磁力線ループの外側または内側に設けているこ
    とを特徴とする請求項１２記載の非接触電力伝送装置。
  14. 【請求項１４】 負荷検出制御回路はコイルアンテナを
    具備するとともに、該コイルアンテナは電力伝送用コイ
    ルの作る磁力線と平行な面に設けていることを特徴とす
    る請求項１２記載の非接触電力伝送装置。
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