(57)【要約】【課題】回路を構成する部品のばらつきや温度変化，経年変化，或いは受電側の回路その他の条件等によってＬＣ並列回路から成る共振回路の共振周波数が変動した場合においても、常に電気エネルギー供給を最少に保持し得て、電力の伝送効率を最適に維持することのできる電磁誘導電力伝送回路を提供する。【解決手段】電力伝送回路を、１次コイル１４とコンデンサ１６とを電源１８に対して並列接続したＬＣ並列共振回路１２と、共振回路１２と電源１８との間をスイッチングするスイッチング素子２０と、スイッチング素子２０に対してスイッチング信号を供給する周波数可変のスイッチング信号供給手段２２と、共振回路１２に流れる電流を検出する電流検出手段２４と、検出された電流値に基づいて共振回路１２の共振周波数を割り出し、スイッチング信号の周波数を共振回路１２の共振周波数に自動調整する制御部３０とを含んで構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（イ）電磁誘導による電力伝送用の１次コイルとコンデンサとを電源に対して並列接続したＬＣ並列共振回路と
（ロ）該共振回路と電源との間をスイッチングするスイッチング素子と
（ハ）該スイッチング素子に対してスイッチング信号を供給するスイッチング信号供給手段と
（ニ）前記共振回路に流れる電流を検出する電流検出手段と
（ホ）該電流検出手段により検出された電流値に基づいて前記共振回路の共振周波数を割り出し、前記スイッチング素子に対して前記スイッチング信号供給手段から供給される前記スイッチング信号の周波数を、該共振回路の共振周波数に自動調整する制御部と
を有していることを特徴とする電磁誘導電力伝送回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は電磁誘導により電力を伝送する回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電磁誘導により電力伝送することが広く行われている。
この電磁誘導による電力伝送では、１次コイルへの通電により２次コイルに電磁誘導で電流を生ぜしめ電力伝送する。
図３はその具体例を示している。
【０００３】
図３において２００は受電側の２次コイル、２０１は送電側の１次コイル２０２とコンデンサ２０４とを電源２０６に対して並列接続したＬＣ並列共振回路（以下共振回路とする）で、２０８は共振回路２０１と電源２０６との間をスイッチングするスイッチング素子（ここではトランジスタ）、２１０はそのスイッチング素子２０８に対してスイッチング信号を供給する発振器である。
尚２１４は２次コイル２００と並列接続されたコンデンサである。
【０００４】
この図３に示す電磁誘導電力伝送回路では、１次コイル２０２への通電により電磁誘導にて２次コイル２００に電流を生ぜしめ電力伝送する。
【０００５】
その際、発振器２１０からスイッチング素子２０８に対して共振回路２０１の固有周波数、即ち共振周波数と同調した周波数でスイッチング信号を供給し、共振回路２０１を共振させる。
【０００６】
共振回路２０１は、その共振時においてインピーダンスが最大となり、従って電源２０６の側から見て共振回路２０１に流れる電流は、図４に示しているように最少となる（図４中横軸は動作周波数ｆを、縦軸は電流Ｉの大きさを表わしている）。
即ちこのように共振回路２０１を共振させて電力伝送を行うと、高い伝送効率で電力伝送を最適に行うことができる。
【０００７】
また受電側において負荷を動作させない待機状態の下では電力消費を可及的に少なくすることができる。
【０００８】
しかしながら共振回路２０１の共振周波数（固有周波数）は必ずしも一定ではなく、回路を構成する部品のばらつきや温度変化，経年変化，更には２次側の回路等の条件によって変動する。
【０００９】
従って図３に示す電磁誘導電力伝送回路では、発振器２１０からスイッチング素子２０８に対して供給するスイッチング信号の周波数を一定に固定しておくと、共振回路２０１の共振周波数が変動することによって、共振回路２０１に流れる電流Ｉが大きくなり、電力の伝送効率が低下するといった問題を生ずる。
【００１０】
尚、下記特許文献１には共振回路の共振周波数が変動する点を解決課題とした発明が開示されている。
しかしながらこの特許文献１に開示のものは、コイルとコンデンサとを直列に接続したＬＣ直列共振回路を用いており、また固有周波数の変動の課題に対してスイッチング素子をオフにすることで解決を図っている点で本発明と異なっている。
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−２２５１２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は以上のような事情を背景とし、回路を構成する部品のばらつきや温度変化，経年変化，或いは受電側の回路その他の条件等によってＬＣ並列回路からなる共振回路の共振周波数が変動した場合においても、常に電気エネルギー供給を最少に保持し得て電力の伝送効率を最適に維持することのできる電磁誘導電力伝送回路を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
而して請求項１のものは、（イ）電磁誘導による電力伝送用の１次コイルとコンデンサとを電源に対して並列接続したＬＣ並列共振回路と、（ロ）該共振回路と電源との間をスイッチングするスイッチング素子と、（ハ）該スイッチング素子に対してスイッチング信号を供給するスイッチング信号供給手段と、（ニ）前記共振回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、（ホ）該電流検出手段により検出された電流値に基づいて前記共振回路の共振周波数を割り出し、前記スイッチング素子に対して前記スイッチング信号供給手段から供給される前記スイッチング信号の周波数を、該共振回路の共振周波数に自動調整する制御部とを有していることを特徴とする。
【発明の作用・効果】
【００１４】
以上のように本発明は、１次コイルとコンデンサとを電源に対して並列接続して成る共振回路を用いて、送電側の１次コイルから受電側の２次コイルへと電磁誘導により電力伝送する電力伝送回路において、電源側から共振回路に流れる電流を検出する電流検出手段を設け、その電流検出手段により検出された電流値に基づいて共振回路の共振周波数を割り出し、スイッチング素子に対してスイッチング信号供給手段から供給されるスイッチング信号の周波数を共振回路の共振周波数に自動調整する制御部とを設けたものである。
【００１５】
ここで制御部は、共振回路の共振時に電源側から共振回路に流れる電流値が最少となることから、スイッチング信号の周波数を変化させてこれに伴う電流値の変化を調べ、そしてその電流値が最少となる周波数を共振周波数と定めて、これと同じ周波数でスイッチング信号供給手段からスイッチング素子に対してスイッチング信号を供給せしめる。
【００１６】
かかる本発明では、電源から共振回路に流れる電流値を常に最少とする状態に維持しながら共振回路を共振させて、その共振回路を通じ受電側の２次コイルへと電力伝送するため、即ち回路を構成する部品のばらつきや温度変化，経年変化，受電側の回路の構成その他の条件等によって共振回路の共振周波数が変化した場合においても、電流値の検出に基づいてその変化を追跡し、常に共振回路をその固有の共振周波数で共振動作させて電力伝送するため、共振回路における共振周波数の変動にも拘わらず、最少の電力補給によって伝送効率を最適に維持し電力伝送を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１において１０は受電側の２次コイル、１２は送電側の１次コイル１４とコンデンサ１６とを電源１８に対して並列接続したＬＣ並列共振回路（以下単に共振回路とする）で、２０は共振回路１２と電源１８との間をスイッチングするスイッチング素子（ここではトランジスタ）で、２２はそのスイッチング素子２０に対してスイッチング信号を供給するスイッチング信号供給手段としての、周波数可変のプログラマブル発振器（以下単に発振器とする）である。
【００１８】
２４は電源１８から共振回路１２に流れる電流を検出する、電流検出手段としての電流検出抵抗である。
この電流検出抵抗２４の両端間には電流Ｉの大きさに応じて電圧が発生し、その電圧は増幅器２６にて増幅され、更にＡＤコンバータ２８にてデジタル値に変更された上で制御部（ＣＰＵ）３０に入力される。
【００１９】
制御部３０はそのデジタル値に基づいて、具体的には電流Ｉの値に基づいて、発振器２２からスイッチング素子２０に供給されるスイッチング信号の周波数を、電流Ｉの値が最少となるように変化させる。
【００２０】
即ちこの実施形態では、共振回路１２の共振時において電流Ｉの値が最少となることから、その電流Ｉの値を電流検出抵抗２４にて検出しながら、その値を最少とするように発振器２２からスイッチング素子２０に供給されるスイッチング信号の周波数を変化させ、共振回路１２の共振周波数が変動した場合においても、その変動に追従してスイッチング信号の周波数を変化させて共振周波数に合致させ、共振回路１２を共振動作するように維持する。
【００２１】
例えば共振回路１２の共振周波数は回路を構成する部品や温度，経年変化，その他の条件によって様々に変動する。
而して共振回路１２の共振周波数が変動すれば、電流Ｉの値は図４に示しているように最少値からずれてその値が大きくなる。
【００２２】
そこでこの実施形態では、制御部３０において発振器２２から発せられるスイッチング信号の周波数を変化させ、これによる電流Ｉの値の変化を電流検出抵抗２４にて追跡し、そしてその電流Ｉの値が最少となる方向にスイッチング信号の周波数を変化させて電流Ｉの値を最少に維持する。即ち共振回路１２における共振動作を維持させる。
【００２３】
そのための制御部３０における制御の内容が図２にフローチャートとして具体的に示してある。
図示のようにここでは発振器２２からの現在のスイッチング信号の周波数ｆ及び前回の電流Ｉの値を初期値として設定し（ステップＳ１０，Ｓ１２）、併せて先ず周波数ｆの変化のモード（増減モード）を便宜的に高側に設定する（ステップＳ１４）。
【００２４】
次に電流Ｉの値（電圧に変換及びデジタル値に変換後の値）を読み込み（ステップＳ１６）、そして読み込んだ電流Ｉの値と前回の電流Ｉの値とを比較する（ステップＳ１８）。
その結果、今回の電流Ｉの値が前回の電流Ｉの値以下であれば、周波数の変化は共振回路１２の共振周波数ｆ０に向って変化していることとなるから、そのまま周波数の変化の方向を維持する。
具体的には現在の周波数ｆの変化のモードが高側であればそのままこれを維持し、周波数を更に一定周波数分だけ高く変化させる（ステップＳ２０，Ｓ２２）。
【００２５】
一方現在の周波数ｆの変化のモードが低側であれば、そのまま周波数の変化の方向を維持して、一定周波数分次に供給するスイッチング信号の周波数を低くする（ステップＳ２４）。
その後更にステップＳ１６に戻って、それ以後の各ステップを実行する。
【００２６】
他方ステップＳ１８において今回検出した電流Ｉの値の方が前回の電流Ｉの値よりも大であると判定された場合、周波数ｆの変化の方向は本来の方向とは逆方向であることとなり、そこで先ず現在の周波数の増減モードが高側であるか否かをステップＳ２６において判定し、そして増減モードが高側であれば増減モードを低側に反転させる（ステップＳ２８）。
【００２７】
一方増減モードが高側でなければ、つまり低側であればステップＳ３０において増減モードを高側に反転させる。
そしてその後上記したステップＳ２０以下を実行する。
【００２８】
以上のようなプロセスを経て発振器２２からのスイッチング信号の周波数を変化させることで、確実に周波数ｆを共振回路１２の共振周波数ｆ０に近づけ且つ一致させることができる。
【００２９】
かかる本実施形態では、電源１８から共振回路１２に流れる電流値を最少とする状態に維持して共振回路１２を共振させ、その共振回路１２を通じ受電側の２次コイル１０へと電力伝送する。
即ち、回路を構成する部品のばらつきや温度変化，経年変化，受電側の回路の構成その他の条件等によって共振回路１２の共振周波数が変化した場合においても、電流値の検出に基づいてその変化を追跡し、常に共振回路１２をその固有の共振周波数で共振動作させて電力伝送する。
従って共振回路１２における共振周波数の変動にも拘わらず、常に最少の電力補給によって伝送効率を最適に維持しつつ電力伝送を行うことができる。
【００３０】
以上本発明の実施形態を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態を示す図である。
【図２】図１における制御部の制御の内容をフローチャートで示す図である。
【図３】従来の電力伝送回路を示す図である。
【図４】共振回路における動作周波数と電流値との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１２  ＬＣ並列共振回路
１４  １次コイル
１６  コンデンサ
１８  電源
２０  スイッチング素子
２２  プログラマブル発振器（スイッチング信号供給手段）
２４  電流検出抵抗（電流検出手段）
３０  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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