JPH11178249A - 非接触電力伝達装置 - Google Patents

非接触電力伝達装置

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JPH11178249A
JPH11178249A JP9339004A JP33900497A JPH11178249A JP H11178249 A JPH11178249 A JP H11178249A JP 9339004 A JP9339004 A JP 9339004A JP 33900497 A JP33900497 A JP 33900497A JP H11178249 A JPH11178249 A JP H11178249A
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power transmission
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coil
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浩 坂本
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡素な回路構成で、負荷部の非装着状態にお
いて電力供給部の自励発振強度を低減する。 【解決手段】 電力供給部１０は、電力伝達用１次コイ
ルＮｍ１と電気的にも磁気的にも結合しておらず、か
つ、スイッチング素子ＦＥＴ１の帰還コイルとして動作
する信号伝達用２次コイルＮｆ２を備える。負荷部２０
は、電力供給部１０に装着された状態で電力伝達用１次
コイルＮｍ１と対向する位置に配置された電力伝達用２
次コイルＮｍ２と、信号伝達用２次コイルＮｆ２と対向
する位置に配置された信号伝達用１次コイルＮｆ１とを
備える。負荷部２０の電力供給部１０への非装着状態で
は、帰還コイルとしての信号伝達用２次コイルＮｆ２に
電圧が発生せず、スイッチング素子ＦＥＴ１のスイッチ
ングが間欠的に行われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、充電器や、例えば
浴室内などの水回り等で用いて好適な電気機器における
非接触式の電力伝達装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、電力伝達用１次コイルを備えた電
力供給部と、電力伝達用２次コイルを備えた負荷部とが
着脱可能に互いに分離して形成され、負荷部が電力供給
部に装着されたときに１次コイルと２次コイルとが磁気
結合されるように構成され、自励発振する電力供給部か
ら電磁誘導により負荷部に電力を伝達するようにした非
接触電力伝達装置が普及しており、特に水回りなどで用
いる電気機器に適用されている。
【０００３】このような非接触電力伝達装置では、電力
供給部に負荷部が装着されていないときには、電力供給
部の自励発振を停止するか、又はその発振強度を低減さ
せることが好ましい。これは、負荷部が非装着状態のま
まで発振を継続すると、電力供給部において電力損失が
生じエネルギーが無駄になり、金属片などが電力供給部
の近傍に配置されると誘導加熱作用により金属片が加熱
される等の事態が発生するからである。
【０００４】そこで、従来、電力伝達用コイルとは別
に、独立した１対の信号用コイルを設け、電力供給部に
負荷部が装着されて、電力供給部と負荷部の１対の電力
伝達用コイルの電磁誘導により負荷部に電力が伝達され
ると、この電力を用いて負荷部の制御回路を駆動し、こ
の制御回路から出力される制御信号を上記１対の信号用
コイルにより負荷部から電力供給部に戻して、この制御
信号に基づき発振動作を制御することにより目的とする
負荷部を検出するようにしたものが提案されている（特
開平６−３１１６５８号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記特開平
６−３１１６５８号公報記載の装置では、負荷部を検出
するための回路及び発振を制御するための回路が別途必
要であるので、回路構成が複雑になり、装置のコストが
上昇してしまう。
【０００６】一方、特開平６−１７８４６４号公報記載
の装置では、比較的簡素な回路構成になっているが、こ
の装置は負荷部の共振周波数と電力供給部の発振周波数
を同調制御するもので、電力供給部と負荷部とのギャッ
プが変化した場合などに適用されるものである。従っ
て、この装置は負荷部が装着されていない状態でも電力
供給部で発振が継続される構成であり、負荷部を検出し
て発振停止又は発振強度の低減を行うものではない。
【０００７】このように、従来、負荷部が装着されてい
ないときに、電力供給部の発振停止又は発振強度の低減
を簡素な回路構成で実現するものが望まれていた。
【０００８】本発明は、上記問題を解決するもので、自
励発振のフィールドバックループの構成を工夫すること
によって、簡素な回路構成で、負荷部の非装着状態にお
いて電力供給部の自励発振強度を低減するようにした非
接触電力伝達装置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】請求項１の発明は、直流
電源、電力伝達用１次コイル、制御端子に印加されるバ
イアス電圧がスレショルド電圧以上になると上記直流電
源から上記電力伝達用１次コイルに流れる電流をスイッ
チングするスイッチング素子を有する自励発振回路、及
び上記直流電源に接続された起動抵抗とコンデンサとか
らなり、バイアス電圧を上記制御端子に印加するバイア
ス電圧回路を備えた電力供給部と電力伝達用２次コイル
を備えた負荷部とが着脱可能に互いに分離して形成さ
れ、上記電力供給部に上記負荷部が装着された状態で上
記電力伝達用１次コイルと上記電力伝達用２次コイルと
が磁気的に結合されて電磁誘導により上記電力供給部か
ら上記負荷部への電力伝達を可能にする非接触電力伝達
装置において、上記負荷部は、上記電力伝達用２次コイ
ルと電気的又は磁気的に結合された信号伝達用１次コイ
ルを備え、上記電力供給部は、上記電力伝達用１次コイ
ルと電気的にも磁気的にも結合せず、上記負荷部が装着
された状態で上記信号伝達用１次コイルと磁気的に結合
され、上記制御端子に帰還コイルとして電気的に接続さ
れてなる信号伝達用２次コイルを備え、上記電力供給部
に上記負荷部が装着された状態で上記電力伝達用１次コ
イル、上記電力伝達用２次コイル、上記信号伝達用１次
コイル及び上記信号伝達用２次コイルにより、上記自励
発振回路のフィードバックループが構成されることを特
徴としている。
【００１０】この構成によれば、電力供給部に負荷部が
装着された状態のときは、直流電源から起動抵抗を介し
てコンデンサが充電され、この充電電圧によるバイアス
電圧がスイッチング素子の制御端子に印加されてスイッ
チング素子がオンにされる。スイッチング素子のオンに
より電力伝達用１次コイルにコイル電流が流れると、磁
気的に結合している負荷部の電力伝達用２次コイルに電
圧が誘起され、この誘起電圧により電力伝達用２次コイ
ルと電気的又は磁気的に結合された信号伝達用１次コイ
ルに電圧が発生する。この発生電圧により、信号伝達用
１次コイルと磁気的に結合された電力供給部の信号伝達
用２次コイルに電圧が誘起されて、このコイルがスイッ
チング素子の制御端子に帰還コイルとして電気的に接続
されてなり、電力伝達用１次コイル、電力伝達用２次コ
イル、信号伝達用１次コイル及び信号伝達用２次コイル
により、自励発振回路のフィードバックループが構成さ
れることにより、スイッチング素子によるコイル電流の
スイッチングが継続して行われる。
【００１１】一方、電力供給部に負荷部が装着されてい
ない状態のときは、電力伝達用１次コイルに電流が流れ
てスイッチング素子がオンにされても、信号伝達用２次
コイルは電力伝達用１次コイルと電気的にも磁気的にも
結合しておらず、電力伝達用１次コイル、電力伝達用２
次コイル、信号伝達用１次コイル及び信号伝達用２次コ
イルにより、自励発振回路のフィードバックループが構
成されないので、帰還コイルとしての信号伝達用２次コ
イルに電圧が発生しない。従って、起動抵抗を介してバ
イアス電圧回路のコンデンサが充電されることによって
得られるバイアス電圧がスイッチング素子のスレショル
ド電圧に達したときのみスイッチング素子がオンにな
り、スイッチング素子によるコイル電流のスイッチング
は、間欠的にのみ行われることとなる。
【００１２】従って、電力供給部に負荷部が装着されて
いないときに、簡素な回路構成で自励発振の強度が低減
されることとなる。
【００１３】また、請求項２の発明は、請求項１記載の
非接触電力伝達装置において、上記負荷部は、上記信号
伝達用１次コイルに接続され、上記信号伝達用１次コイ
ルに発生する電圧レベルの制御を行う制御回路を備えた
ものであることを特徴としている。
【００１４】この構成によれば、電力供給部に負荷部が
装着された状態のときは、信号伝達用１次コイルに発生
する電圧レベルの制御が行われることにより、帰還コイ
ルとして動作する電力供給部の信号伝達用２次コイルの
誘起電圧レベルが制御されることとなり、例えばこの誘
起電圧レベルを増大することにより発振強度を増大させ
るなど、自励発振回路の発振制御が可能になる。
【００１５】また、請求項３の発明は、請求項１又は２
記載の非接触電力伝達装置において、上記電力供給部
は、上記電力伝達用１次コイルに並列接続されたコンデ
ンサを備えたものであることを特徴としている。
【００１６】この構成によれば、電力伝達用１次コイル
に並列接続されたコンデンサにより共振回路が構成され
ることにより、電力供給部に負荷部が装着された状態で
自励発振が効率よく行われることとなる。
【００１７】また、請求項４の発明は、請求項１〜３の
いずれかに記載の非接触電力伝達装置において、上記信
号伝達用２次コイルは、上記電力伝達用１次コイルが形
成する磁束ループの外側に配置され、上記信号伝達用１
次コイルは、上記電力供給部に上記負荷部が装着された
状態で上記信号伝達用２次コイルの対向位置に配置され
ていることを特徴としている。
【００１８】この構成によれば、信号伝達用２次コイル
は、電力伝達用１次コイルが形成する磁束ループの外側
に配置されることにより、電力伝達用１次コイルと電気
的にも磁気的にも結合しない状態が簡素な構成で実現さ
れるとともに、信号伝達用１次コイルは、電力供給部に
負荷部が装着された状態で信号伝達用２次コイルの対向
位置に配置されていることにより、電力供給部に負荷部
が装着されたときに信号伝達用１次コイルと信号伝達用
２次コイルとの磁気結合状態が簡素な構成で実現される
こととなる。
【００１９】また、請求項５の発明は、請求項１〜３の
いずれかに記載の非接触電力伝達装置において、上記信
号伝達用２次コイルは、上記電力伝達用１次コイルが形
成する磁束ループの内側に配置され、上記信号伝達用１
次コイルは、上記電力供給部に上記負荷部が装着された
状態で上記信号伝達用２次コイルの対向位置に配置され
ていることを特徴としている。
【００２０】この構成によれば、信号伝達用２次コイル
は、電力伝達用１次コイルが形成する磁束ループの内側
に配置されることにより、電力伝達用１次コイルと電気
的にも磁気的にも結合しない状態が簡素な構成で実現さ
れるとともに、信号伝達用１次コイルは、電力供給部に
負荷部が装着された状態で信号伝達用２次コイルの対向
位置に配置されていることにより、電力供給部に負荷部
が装着されたときに信号伝達用１次コイルと信号伝達用
２次コイルとの磁気結合状態が簡素な構成で実現される
こととなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係る非接触電力伝
達装置の一実施形態を示す回路図、図２は電力供給部及
び負荷部のコイルの配置を示す図である。図１に示すよ
うに、本装置は、互いに分離して形成された電力供給部
１０と負荷部２０とを備え、電力供給部１０に負荷部２
０が着脱可能に構成されている。
【００２２】まず、電力供給部１０の回路構成について
説明する。電力供給部１０は、直流電源Ｅ１や電力伝達
用１次コイルＮｍ１などを備え、自励式Ｃ級共振型イン
バータを構成し、負荷部２０が装着されると電磁誘導に
より負荷部２０に電力を供給するものである。
【００２３】直流電源Ｅ１及び電源スイッチＳ１からな
る直列回路には、起動抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１から
なる直列回路が並列に接続されている。この起動抵抗Ｒ
１及びコンデンサＣ１からなる直列回路によって、バイ
アス電圧回路が構成されており、起動抵抗Ｒ１とコンデ
ンサＣ１の接続点には、コンデンサＣ１の充電電圧によ
るバイアス電圧ＶC1が発生するようになっている。
【００２４】また、直流電源Ｅ１及び電源スイッチＳ１
からなる直列回路には、電力伝達用１次コイルＮｍ１及
びスイッチング素子ＦＥＴ１からなる直列回路が並列に
接続されている。電力伝達用１次コイルＮｍ１には、コ
ンデンサＣ２が並列接続されており、共振回路が構成さ
れている。
【００２５】信号伝達用２次コイルＮｆ２は、起動抵抗
Ｒ１とコンデンサＣ１の接続点、すなわちバイアス電圧
ＶC1の発生点とスイッチング素子ＦＥＴ１のゲートとの
間に接続され、帰還コイルを兼用している。
【００２６】上記共振回路、スイッチング素子ＦＥＴ１
及び信号伝達用２次コイルＮｆ２によって、自励発振回
路が構成されている。
【００２７】また、起動抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の接
続点にダイオードＤ１のアノードが接続され、ダイオー
ドＤ１のカソードは、スイッチング素子ＦＥＴ１のドレ
インに接続されている。このダイオードＤ１は、発振安
定のためのバイアス制御回路を構成している。
【００２８】次に、負荷部２０の回路構成について説明
する。負荷部２０は、電力伝達用２次コイルＮｍ２、信
号伝達用１次コイルＮｆ１、整流回路２１及び負荷２２
を備えている。
【００２９】整流回路２１は、電磁誘導により電力伝達
用２次コイルＮｍ２に誘起される電圧を整流するもので
ある。負荷２２は、モータなどからなり、整流回路２１
により整流された電圧によって駆動されるものである。
【００３０】信号伝達用１次コイルＮｆ１は、電力伝達
用２次コイルＮｍ２に並列に接続されている。すなわ
ち、信号伝達用１次コイルＮｆ１は、電力伝達用２次コ
イルＮｍ２に電気的に結合されている。これによって、
電力伝達用２次コイルＮｍ２の両端間に電圧が誘起され
ると、信号伝達用１次コイルＮｆ１の両端間にも電圧が
発生することとなる。
【００３１】次に、図２を用いて各コイルの配置につい
て説明する。なお、図２には示していないが、電力供給
部１０及び負荷部２０は、例えば案内構造を有する等、
負荷部２０の電力供給部１０への装着が特定位置となる
ように構成されている。
【００３２】電力供給部１０の電力伝達用１次コイルＮ
ｍ１と、負荷部２０の電力伝達用２次コイルＮｍ２と
は、負荷部２０が電力供給部１０に装着されたときに、
互いに対向するようにそれぞれ配置されている。
【００３３】また、電力供給部１０の信号伝達用２次コ
イルＮｆ２は、電力伝達用１次コイルＮｍ１が巻かれて
いるトランス用ポットコアＫ１の外側、すなわち電力伝
達用１次コイルＮｍ１による磁束ループ、及び、電力伝
達用１次、２次コイルＮｍ１，Ｎｍ２のトランスによる
磁束ループの外側に配置されている。
【００３４】また、負荷部２０の信号伝達用１次コイル
Ｎｆ１は、電力供給部１０に負荷部２０が装着されたと
きに電力供給部１０の信号伝達用２次コイルＮｆ２に対
向する位置、すなわち電力伝達用２次コイルＮｍ２が巻
かれているトランス用ポットコアＫ２の外側に配置され
ている。
【００３５】これによって、信号伝達用２次コイルＮｆ
２は、電力伝達用１次、２次コイルＮｍ１，Ｎｍ２のト
ランスにより形成される磁束ループの外側に配置される
ことで、すなわちその内側で磁束が打ち消しあうことと
なり、信号伝達用２次コイルＮｆ２に磁束が鎖交しない
ので、電力伝達用１次コイルＮｍ１が発生する磁束によ
って信号伝達用２次コイルＮｆ２に起電力が発生するこ
とはない。すなわち、信号伝達用２次コイルＮｆ２と電
力伝達用１次コイルＮｍ１とは、電気的にも磁気的にも
結合されていない、あるいはその結合状態が無視できる
程度（漏れ磁束分）になっている。
【００３６】一方、電力供給部１０に負荷部２０が装着
されると、電力伝達用１次コイルＮｍ１と電力伝達用２
次コイルＮｍ２、信号伝達用１次コイルＮｆ１と信号伝
達用２次コイルＮｆ２は、それぞれ磁気的に結合される
こととなる。
【００３７】次に、図１、図３を用いて、負荷部２０が
電力供給部１０に装着されている場合の動作について説
明する。図３は負荷部の装着状態における電力供給部の
各部の波形図である。
【００３８】電源スイッチＳ１がオンにされると、直流
電源Ｅ１により起動抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１が
充電される。このとき、電力供給部１０の信号伝達用２
次コイルＮｆ２には電圧が発生していないため、スイッ
チング素子ＦＥＴ１のゲート電圧Ｖgはバイアス電圧Ｖ
C1に等しい。
【００３９】ゲート電圧Ｖgが上昇していって、スイッ
チング素子ＦＥＴ１をオンできるスレショルド電圧に達
すると、スイッチング素子ＦＥＴ１はオンになり、これ
によってドレイン電圧Ｖdは、ほぼアース電位になる。
このとき、コンデンサＣ２の共振電圧ＶC2は直流電源Ｅ
１の電圧にほぼ等しくなり、電力供給部１０の電力伝達
用１次コイルＮｍ１には、ほぼ単調に増加するコイル電
流ＩL1が流れ始める。
【００４０】電力供給部１０の電力伝達用１次コイルＮ
ｍ１にコイル電流ＩL1が流れると、負荷部２０の電力伝
達用２次コイルＮｍ２にも、電磁誘導の作用により電圧
が誘起され、これによって、電気的に接続されている負
荷部２０の信号伝達用１次コイルＮｆ１にも電圧が発生
する。
【００４１】この発生電圧によって、負荷部２０の信号
伝達用１次コイルＮｆ１と磁気的に結合している電力供
給部１０の信号伝達用２次コイルＮｆ２にも、電磁誘導
の作用により電圧Ｖnf2が誘起される。このとき、ゲー
ト電圧ＶgはＶC1＋Ｖnf2となるので、スイッチング素子
ＦＥＴ１は安定したオン状態になる。
【００４２】一方、ドレイン電圧Ｖdがほぼアース電位
になったため、ダイオードＤ１及びスイッチング素子Ｆ
ＥＴ１のオン抵抗を介してコンデンサＣ１の電荷が放電
されるので、バイアス電圧ＶC1は低下する。なお、この
放電電流はその電流が流れる経路の抵抗値に依存するの
で、放電時間を長くしたい場合には、ダイオードＤ１に
直列に抵抗素子を挿入すればよい。
【００４３】コンデンサＣ１の放電によってバイアス電
圧ＶC1は徐々に低下し、それに応じてゲート電圧Ｖgも
低下する。そして、ゲート電圧Ｖgがスイッチング素子
ＦＥＴ１をオフにさせるスレショルド電圧まで低下する
と、スイッチング素子ＦＥＴ１のオン抵抗が増大し始
め、これによってドレイン電圧Ｖdが増大する。
【００４４】ドレイン電圧Ｖdが増大すると、コンデン
サＣ２、すなわち電力伝達用１次コイルＮｍ１の共振電
圧ＶC2が低下する。これに応じて、電力伝達用２次コイ
ルＮｍ２の誘起電圧も低下し始めるので、信号伝達用１
次コイルＮｆ１の発生電圧も低下し始める。これによっ
て、更に信号伝達用２次コイルＮｆ２の誘起電圧Ｖnf2
も低下し始めるため、ゲート電圧Ｖgは更に低下する。
この結果、スイッチング素子ＦＥＴ１は急速にオフ状態
に移行する。
【００４５】これによって、図３に示すように、コンデ
ンサＣ２の共振電圧ＶC2は、コンデンサＣ２と電力伝達
用１次コイルＮｍ１との共振作用により正弦波状とな
り、電力伝達用１次コイルＮｍ１に流れるコイル電流Ｉ
L1も正弦波状になる。
【００４６】ドレイン電圧Ｖdとバイアス電圧ＶC1との
関係がＶd＞ＶC1となる期間においては、ドレイン電圧
ＶdによるコンデンサＣ１の充電は、ダイオードＤ１に
よって阻止されているが、起動抵抗Ｒ１を介する直流電
源Ｅ１からコンデンサＣ１への充電電流は常に流れてお
り、バイアス電圧ＶC1が上昇する。
【００４７】コンデンサＣ２の共振電圧ＶC2が１サイク
ル終了近くになるとドレイン電圧Ｖdはアース電位に近
づき、そのときの電力伝達用１次コイルＮｍ１の誘起電
圧によって、電力伝達用２次コイルＮｍ２、信号伝達用
１次コイルＮｆ１及び信号伝達用２次コイルＮｆ２から
なるフィードバックループで信号伝達用２次コイルＮｆ
２の発生電圧Ｖnf2が増加し、この結果、ゲート電圧Ｖg
が上昇して、再びスイッチング素子ＦＥＴ１をオンにさ
せる。
【００４８】以上の動作が繰り返されて発振が継続し、
電力供給部１０から負荷部２０に電力が供給されること
となる。
【００４９】次に、図１、図４を用いて、負荷部２０が
電力供給部１０に装着されていない場合の動作について
説明する。図４は負荷部の非装着状態における電力供給
部の各部の波形図である。
【００５０】電源スイッチＳ１がオンにされると、負荷
部２０が装着されている場合と同様に、直流電源Ｅ１に
より起動抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１が充電され
る。このとき電力供給部１０の信号伝達用２次コイルＮ
ｆ２には電圧が発生していないため、スイッチング素子
ＦＥＴ１のゲート電圧Ｖgは、バイアス電圧ＶC1に等し
い。
【００５１】ゲート電圧Ｖgが上昇していって、スイッ
チング素子ＦＥＴ１をオンできるスレショルド電圧に達
すると、スイッチング素子ＦＥＴ１はオンになり、これ
によってドレイン電圧Ｖdは、ほぼアース電位になる。
このとき、コンデンサＣ２の共振電圧ＶC2は直流電源Ｅ
１の電圧にほぼ等しくなり、電力供給部１０の電力伝達
用１次コイルＮｍ１には、ほぼ単調に増加するコイル電
流ＩL1が流れ始める。
【００５２】しかし、負荷部２０が装着されていないの
で、電力伝達用１次コイルＮｍ１、電力伝達用２次コイ
ルＮｍ２、信号伝達用１次コイルＮｆ１及び信号伝達用
２次コイルＮｆ２からなるフィードバックループが構成
されておらず、信号伝達用２次コイルＮｆ２の両端には
電圧が発生しない。
【００５３】このため、スイッチング素子ＦＥＴ１が一
旦オンになっても、直ぐにダイオードＤ１を介する放電
によりバイアス電圧ＶC1が低下するので、スイッチング
素子ＦＥＴ１をオンさせるのに必要なゲート電圧Ｖgを
保持することができず、スイッチング素子ＦＥＴ１は直
ぐにオフになり、図４に示すように、共振電圧ＶC2は減
衰振動によって直ぐに低下してしまう。
【００５４】そして、起動抵抗Ｒ１を介する直流電源Ｅ
１からコンデンサＣ１への充電によって、バイアス電圧
ＶC1がスイッチング素子ＦＥＴ１をオンにさせるゲート
電圧Ｖgに上昇するまで発振は停止したままとなる。従
って、電力供給部１０に負荷部２０が装着されていない
ときには、電力供給部１０における発振動作は間欠発振
となる。
【００５５】このように、自励発振回路のフィードバッ
クループの経路を電力供給部１０から外部の負荷部２０
側へ一旦出して、再び電力供給部１０内へ戻すように構
成することにより、電力供給部１０に負荷部２０が装着
されていない状態ではフィードバックループが形成され
ず、これによって電力供給部１０における自励発振が間
欠発振となり、電力供給部１０の電力損失は、ほとんど
無視できるレベルにすることができる。また、金属製の
異物等が電力供給部１０の近傍に置かれた場合でも、誘
導加熱などによる当該異物の発熱を防止することができ
る。
【００５６】特に、起動抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１の
定数を適宜の値に設定することにより、例えば負荷部２
０の電力供給部１０への装着状態における発振周期10μ
sec程度に対し、非装着状態における間欠周期を数百mse
c程度に設定可能である。なお、各周期の値はこれらに
限られず、電力損失を低減して省エネルギーを図れる程
度の値になるように、起動抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１
の定数を採用すればよい。
【００５７】なお、本発明は、上記実施形態に限られ
ず、以下の変形形態（１）〜（４）を採用することがで
きる。 （１）上記実施形態では、スイッチング素子ＦＥＴ１と
して、電界効果トランジスタを用いているが、これに限
られず、バイポーラトランジスタやその他のスイッチン
グ機能を果たす素子を用いてもよい。
【００５８】（２）電力供給部１０及び負荷部２０の回
路構成として、図５の回路図に示すものを用いてもよ
い。この電力供給部１０は、上記実施形態の直流電源Ｅ
１に代えて、交流電源ＡＣから電力供給を受けて直流電
源を構成するもので、自励式Ｃ級共振型インバータ１１
及び高調波対策回路１２からなる。
【００５９】高調波対策回路１２は、ローパスフィルタ
ＬＦと整流ブリッジダイオードＤ２とトランスＴ１とか
らなり、電力供給部１０から交流電源ＡＣに対して高調
波成分を流出させないようにするためのものである。
【００６０】そして、高調波対策回路１２のトランスＴ
１からの出力電圧をダイオードＤ３によって整流し、コ
ンデンサＣ３によって平滑することにより、直流電源を
得ている。
【００６１】一方、負荷部２０は、上記実施形態に加え
て制御回路２３を備え、整流回路２１としてダイオード
Ｄ４及びコンデンサＣ４を備え、負荷２２としてバッテ
リーを備えており、電力伝達用２次コイルＮｍ２の誘起
電圧をダイオードＤ４により半波整流し、コンデンサＣ
４により平滑して、負荷２２としてのバッテリーに直流
電力を供給している。
【００６２】この回路では、信号伝達用１次コイルＮｆ
１は、制御回路２３を介して電力伝達用２次コイルＮｍ
２に電気的に接続されている。
【００６３】制御回路２３は、電力伝達用２次コイルＮ
ｍ２の誘起電圧や、バッテリー２２からの電力を利用し
て、信号伝達用１次コイルＮｆ１の発生電圧レベルを制
御するものである。
【００６４】この形態によれば、電力供給部１０に負荷
部２０が装着されている場合に、制御回路２３によって
信号伝達用１次コイルＮｆ１の発生電圧レベルを制御す
ることにより、帰還コイルとしての信号伝達用２次コイ
ルＮｆ２に誘起される電圧レベルを制御することがで
き、これによって、負荷部２０から電力供給部１０の発
振動作を制御することができる。
【００６５】なお、負荷部２０が装着されていない場合
には、上記実施形態と同様に、電力供給部１０における
発振動作は間欠発振となる。
【００６６】（３）電力供給部１０の回路構成として、
図６の回路図に示すものを用いてもよい。図６の回路で
は、コンデンサＣ２及び電力伝達用１次コイルＮｍ１か
らなる共振回路とスイッチング素子ＦＥＴ１のドレイン
との間に、ダイオードＤ１１及び抵抗Ｒ１１からなる並
列回路が接続されている。
【００６７】ダイオードＤ１１は、このダイオードＤ１
１のアノード側の電圧が負電圧にまで低下しようとした
とき、スイッチング素子ＦＥＴ１の内部ダイオードを通
して直流電源Ｅ１側に流入しようとする回生電流を阻止
しつつダイオードＤ１１のアノード側の電圧を負電圧ま
で低下させるようにするものである。
【００６８】抵抗Ｒ１１は、ダイオードＤ１１の挿入に
より、共振回路内の発生電圧によってスイッチング素子
ＦＥＴ１の寄生容量における充放電が阻害されるのを阻
止するためのものである。
【００６９】また、図６の回路では、スイッチング素子
ＦＥＴ１のソースとアース間に、抵抗Ｒ１２，Ｒ１３の
直列回路が接続されており、スイッチング素子ＦＥＴ１
のゲートは、ダイオードＤ１２のアノードに接続される
とともに、抵抗Ｒ１４を介して信号伝達用２次コイルＮ
ｆ２に接続されている。
【００７０】ダイオードＤ１２のカソードは、トランジ
スタＱ１のコレクタに接続され、トランジスタＱ１のベ
ースは抵抗Ｒ１２，Ｒ１３の接続点に接続され、エミッ
タは接地されている。
【００７１】そして、図６の回路では、ダイオードＤ１
を備えておらず、上記抵抗Ｒ１２〜Ｒ１４、ダイオード
Ｄ１２及びトランジスタＱ１によって、バイアス制御回
路を構成している。
【００７２】次に、この回路の電源突入時における動作
について説明すると、上記実施形態と同様に、起動抵抗
Ｒ１を介してコンデンサＣ１が充電され、バイアス電圧
ＶC1が上昇する。そして、バイアス電圧ＶC1によりゲー
ト電圧Ｖgがスイッチング素子ＦＥＴ１のオン電圧以上
になると、スイッチング素子ＦＥＴ１はオンしてコイル
電流ＩL1が流れるとともに、ドレイン電圧Ｖdが低下
し、電力伝達用１次コイルＮｍ１の両端に電位差が生じ
る。
【００７３】これによって負荷部２０の電力伝達用２次
コイルＮｍ２に電圧が誘起され、この誘起電圧により信
号伝達用１次コイルＮｆ１に電圧が発生する。
【００７４】この発生電圧によって、負荷部２０の信号
伝達用１次コイルＮｆ１と磁気的に結合している電力供
給部１０の信号伝達用２次コイルＮｆ２にも、電磁誘導
の作用により電圧Ｖnf2が誘起される。このとき、ゲー
ト電圧ＶgはＶC1＋Ｖnf2となるので、スイッチング素子
ＦＥＴ１は安定したオン状態になる。
【００７５】一方、コイル電流ＩL1により抵抗Ｒ１２，
Ｒ１３間の電圧が上昇してトランジスタＱ１にベース電
流が供給されると、トランジスタＱ１がオンし、これに
よりスイッチング素子ＦＥＴ１のゲート電圧Ｖgが低下
して、スイッチング素子ＦＥＴ１がオフになる。
【００７６】このように、電源突入時におけるスイッチ
ング素子ＦＥＴ１のオン時間を大幅に短縮できるので、
コイル電流ＩL1による蓄積エネルギーを適量に抑制し、
スイッチング素子ＦＥＴ１のオフ後に発生するフライバ
ック電圧を低減することができる。
【００７７】なお、電源突入時以降の定常状態において
は、同様に、バイアス制御回路を構成するトランジスタ
Ｑ１のオンにより、スイッチング素子ＦＥＴ１がオフに
されて、スイッチング素子ＦＥＴ１のスイッチングが継
続的に行われる。
【００７８】また、この形態によれば、上記実施形態と
同様に、負荷部２０が装着されていない場合には、電力
供給部１０における発振動作は間欠発振となり、上記実
施形態と同様の効果が得られる。
【００７９】（４）電力供給部１０の信号伝達用２次コ
イルＮｆ２及び負荷部２０の信号伝達用１次コイルＮｆ
１は、上記実施形態（図２）に代えて、図７に示すよう
に配置してもよい。図７に示すように、電力供給部１０
の信号伝達用２次コイルＮｆ２は、電力伝達用１次コイ
ルＮｍ１が巻かれているトランス用ポットコアＫ１の内
側、すなわち電力伝達用１次コイルＮｍ１による磁束ル
ープ、及び、電力伝達用１次、２次コイルＮｍ１，Ｎｍ
２のトランスによる磁束ループの内側に配置されてい
る。
【００８０】一方、負荷部２０の信号伝達用１次コイル
Ｎｆ１は、電力供給部１０に負荷部２０が装着されたと
きに電力供給部１０の信号伝達用２次コイルＮｆ２に対
向する位置、すなわち電力伝達用２次コイルＮｍ２が巻
かれているトランス用ポットコアＫ２の内側に配置され
ている。
【００８１】この形態でも、信号伝達用２次コイルＮｆ
２は、電力伝達用１次、２次コイルＮｍ１，Ｎｍ２のト
ランスにより形成される磁束ループが外側となってお
り、すなわち信号伝達用２次コイルＮｆ２から見て外側
で磁束が打ち消しあうこととなり、信号伝達用２次コイ
ルＮｆ２に磁束が鎖交しないので、電力伝達用１次コイ
ルＮｍ１が発生する磁束によって起電力が発生すること
はない。すなわち、信号伝達用２次コイルＮｆ２と電力
伝達用１次コイルＮｍ１とは、電気的にも磁気的にも結
合されていない、あるいはその結合状態が無視できる程
度（漏れ磁束分）になっている。
【００８２】一方、電力供給部１０に負荷部２０が装着
されると、電力伝達用１次コイルＮｍ１と電力伝達用２
次コイルＮｍ２、信号伝達用１次コイルＮｆ１と信号伝
達用２次コイルＮｆ２は、それぞれ磁気的に結合される
こととなる。
【００８３】この形態によれば、電力供給部１０に負荷
部２０が装着された状態で、電力伝達用１次コイルＮｍ
１、電力伝達用２次コイルＮｍ２、信号伝達用１次コイ
ルＮｆ１及び信号伝達用２次コイルＮｆ２により、自励
発振回路のフィードバックループが構成され、上記実施
形態と同様の動作が行われる。
【００８４】また、電力供給部１０に負荷部２０が装着
されていない状態では、電力伝達用１次コイルＮｍ１、
電力伝達用２次コイルＮｍ２、信号伝達用１次コイルＮ
ｆ１及び信号伝達用２次コイルＮｆ２によるフィードバ
ックループが構成されないので、電力供給部１０の発振
動作が間欠発振となり、上記実施形態と同様の効果を得
ることができる。
【００８５】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、スイッチング
素子によりコイル電流がスイッチングされる電力伝達用
１次コイルを備えた電力供給部と、電力伝達用２次コイ
ルを備えた負荷部とが、着脱可能に互いに分離して形成
された非接触電力伝達装置において、負荷部は、電力伝
達用２次コイルと電気的又は磁気的に結合された信号伝
達用１次コイルを備え、電力供給部は、電力伝達用１次
コイルと電気的にも磁気的にも結合せず、負荷部が装着
された状態で信号伝達用１次コイルと磁気的に結合さ
れ、スイッチング素子の制御端子に帰還コイルとして電
気的に接続されてなる信号伝達用２次コイルを備え、電
力供給部に負荷部が装着された状態で電力伝達用１次コ
イル、電力伝達用２次コイル、信号伝達用１次コイル及
び信号伝達用２次コイルにより、自励発振回路のフィー
ドバックループを構成するようにしたので、電力供給部
に負荷部が装着されていないときは、信号伝達用２次コ
イルは電力伝達用１次コイルと電気的にも磁気的にも結
合しておらず、電力伝達用１次コイル、電力伝達用２次
コイル、信号伝達用１次コイル及び信号伝達用２次コイ
ルにより、自励発振回路のフィードバックループが構成
されないので、帰還コイルとしての信号伝達用２次コイ
ルに電圧が発生しないため、スイッチング素子によるコ
イル電流のスイッチングを間欠的にのみ行うことがで
き、これによって極めて簡素な回路構成で、電力供給部
に負荷部が装着されていない状態のときに自励発振の強
度を低減することができる。
【００８６】従って、負荷が装着されていないときの省
電力化を実現することができるとともに、電力供給部の
近傍に金属異物が置かれた場合でも、その加熱を防止す
ることができる。また、極めて簡素な回路構成のため、
本装置を低コストで実現することができる。
【００８７】また、請求項２の発明によれば、負荷部
は、信号伝達用１次コイルに発生する電圧レベルの制御
を行う制御回路を備えることにより、電力供給部の自励
発振回路の発振制御を行うことができ、これによって、
負荷部に供給する電力レベルを制御することができる。
【００８８】また、請求項３の発明によれば、電力供給
部は、電力伝達用１次コイルに並列接続されたコンデン
サを備えることにより、共振回路を構成し、電力供給部
に負荷部が装着されたときに、自励発振を効率よく行う
ことができる。
【００８９】また、請求項４の発明によれば、信号伝達
用２次コイルを電力伝達用１次コイルが形成する磁束ル
ープの外側に配置し、信号伝達用１次コイルを、電力供
給部に負荷部が装着された状態で信号伝達用２次コイル
の対向位置に配置することにより、信号伝達用２次コイ
ルが電力伝達用１次コイルと電気的にも磁気的にも結合
しない状態を簡素な構成で実現することができるととも
に、電力供給部に負荷部が装着された状態のときに信号
伝達用１次コイルと信号伝達用２次コイルとの磁気結合
状態を簡素な構成で実現することができる。
【００９０】また、請求項５の発明によれば、信号伝達
用２次コイルを電力伝達用１次コイルが形成する磁束ル
ープの内側に配置し、信号伝達用１次コイルを、電力供
給部に負荷部が装着された状態で信号伝達用２次コイル
の対向位置に配置することにより、信号伝達用２次コイ
ルが電力伝達用１次コイルと電気的にも磁気的にも結合
しない状態を簡素な構成で実現することができるととも
に、電力供給部に負荷部が装着された状態のときに信号
伝達用１次コイルと信号伝達用２次コイルとの磁気結合
状態を簡素な構成で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る非接触電力伝達装置の一実施形態
を示す回路図である。
【図２】電力供給部及び負荷部のコイルの配置を示す図
である。
【図３】負荷部の装着状態における電力供給部の各部の
波形図である。
【図４】負荷部の非装着状態における電力供給部の各部
の波形図である。
【図５】変形形態（２）を示す回路図である。
【図６】変形形態（３）を示す回路図である。
【図７】変形形態（４）の電力供給部及び負荷部のコイ
ルの配置を示す図である。
【符号の説明】
１０ 電力供給部 １１ 自励式Ｃ級共振型インバータ １２ 高調波対策回路 ２０ 負荷部 ２１ 整流回路 ２２ 負荷 ２３ 制御回路 ＦＥＴ１ スイッチング素子 Ｎｍ１ 電力伝達用１次コイル Ｎｍ２ 電力伝達用２次コイル Ｎｆ１ 信号伝達用１次コイル Ｎｆ２ 信号伝達用２次コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｍ 7/5383 Ｈ０１Ｆ 23/00 Ｂ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 直流電源、電力伝達用１次コイル、制御
    端子に印加されるバイアス電圧がスレショルド電圧以上
    になると上記直流電源から上記電力伝達用１次コイルに
    流れる電流をスイッチングするスイッチング素子を有す
    る自励発振回路、及び上記直流電源に接続された起動抵
    抗とコンデンサとからなり、バイアス電圧を上記制御端
    子に印加するバイアス電圧回路を備えた電力供給部と電
    力伝達用２次コイルを備えた負荷部とが着脱可能に互い
    に分離して形成され、上記電力供給部に上記負荷部が装
    着された状態で上記電力伝達用１次コイルと上記電力伝
    達用２次コイルとが磁気的に結合されて電磁誘導により
    上記電力供給部から上記負荷部への電力伝達を可能にす
    る非接触電力伝達装置において、 上記負荷部は、上記電力伝達用２次コイルと電気的又は
    磁気的に結合された信号伝達用１次コイルを備え、 上記電力供給部は、上記電力伝達用１次コイルと電気的
    にも磁気的にも結合せず、上記負荷部が装着された状態
    で上記信号伝達用１次コイルと磁気的に結合され、上記
    制御端子に帰還コイルとして電気的に接続されてなる信
    号伝達用２次コイルを備え、 上記電力供給部に上記負荷部が装着された状態で上記電
    力伝達用１次コイル、上記電力伝達用２次コイル、上記
    信号伝達用１次コイル及び上記信号伝達用２次コイルに
    より、上記自励発振回路のフィードバックループが構成
    されることを特徴とする非接触電力伝達装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の非接触電力伝達装置にお
    いて、上記負荷部は、上記信号伝達用１次コイルに接続
    され、上記信号伝達用１次コイルに発生する電圧レベル
    の制御を行う制御回路を備えたものであることを特徴と
    する非接触電力伝達装置。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の非接触電力伝達装
    置において、上記電力供給部は、上記電力伝達用１次コ
    イルに並列接続されたコンデンサを備えたものであるこ
    とを特徴とする非接触電力伝達装置。
  4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の非接触
    電力伝達装置において、上記信号伝達用２次コイルは、
    上記電力伝達用１次コイルが形成する磁束ループの外側
    に配置され、上記信号伝達用１次コイルは、上記電力供
    給部に上記負荷部が装着された状態で上記信号伝達用２
    次コイルの対向位置に配置されていることを特徴とする
    非接触電力伝達装置。
  5. 【請求項５】 請求項１〜３のいずれかに記載の非接触
    電力伝達装置において、上記信号伝達用２次コイルは、
    上記電力伝達用１次コイルが形成する磁束ループの内側
    に配置され、上記信号伝達用１次コイルは、上記電力供
    給部に上記負荷部が装着された状態で上記信号伝達用２
    次コイルの対向位置に配置されていることを特徴とする
    非接触電力伝達装置。
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