(57)【要約】      （修正有）【課題】負荷の消費電力に対応した給電コイルを用いて効率を改善することが可能な非接触給電装置を提供する。【解決手段】電源に接続される給電コイルを備える給電部を有し、給電コイルと負荷に接続される受電コイルとが電磁結合することにより、電源より負荷へ電力を供給する非接触給電装置である。給電部は、交流印加回路と給電ユニット装着部とを有するソケット部と、給電コイルを有する給電コイルユニット部とを備え、前記給電コイルユニット部は、前記給電ユニット装着部に交換可能に装着される。【選択図】図２
2011211863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源に接続される給電コイルを備える給電部を有し、前記給電コイルと負荷に接続される受電コイルとが電磁結合することにより、電源より負荷へ電力を供給する非接触給電装置であって、
前記給電部は、
交流印加回路と給電ユニット装着部とを有するソケット部と、
給電コイルを有する給電コイルユニット部と、を備え、
前記給電コイルユニット部は前記給電ユニット装着部に交換可能に装着されることを特徴とする非接触給電装置。
【請求項２】
前記給電ユニット装着部は開口部を有し、
前記開口部に前記交流印加回路の出力端子を配置し、
前記給電ユニット装着部に前記給電コイルユニット部が装着されたとき、前記給電コイルユニット部の入力端子が前記出力端子に接続される請求項１に記載の非接触給電装置。
【請求項３】
前記ソケット部は、交流印加回路の動作を制御する制御部と、給電コイルに給電される電力を検出する給電電力検出手段と、を有し、
前記給電コイルユニット部は、給電電力最大定格値を交流印加回路に通知する給電電力最大定格値通知手段を有し、
前記制御部は、前記給電電力検出手段により検出された電力が前記給電電力最大定格値通知手段により通知された給電電力最大定格値を超えないように、前記交流印加回路の動作を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の非接触給電装置。
【請求項４】
前記ソケット部は、交流印加回路の動作を制御する制御部を有し、
前記給電コイルユニット部は、給電コイルの過電流検出部を有し、
前記過電流検出部が過電流を検出したときに出力する過電流検出出力に基づき、前記制御部が前記交流印加回路の動作を制御する請求項１または２に記載の非接触給電装置。
【請求項５】
前記給電コイルユニット部は、過熱検出部を有し、
前記過熱検出部が過電流を検出したときに出力する過熱検出出力に基づき、前記制御部が前記交流印加回路の動作を制御する請求項１から４までのいずれか１項に記載の非接触給電装置。
【請求項６】
前記給電コイルユニット部は、受電部の着脱検出部を有し、
前記着脱検出部が出力する着脱検出出力に基づき、前記制御部が前記交流印加回路の動作を制御する請求項１から５までのいずれか１項に記載の非接触給電装置。
【請求項７】
前記制御部は、給電電力最大定格値、前記過電流検出出力、前記過熱検出出力または前記着脱検出出力に基づき、前記制御部が前記交流印加回路の動作を停止させる請求項３から６までのいずれか１項に記載の非接触給電装置。
【請求項８】
前記給電コイルユニット部は、給電電力最大定格値を交流印加回路に通知する給電電力最大定格値通知部を有し、
前記ソケット部は、交流印加回路の動作を制御する制御部を有し、
前記制御部は、給電電力最大定格値から算出される出力電力の割合に応じてデューティを変化させるように、前記交流印加回路の動作を制御することを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の非接触給電装置。
【請求項９】
前記給電コイルユニット部は、負荷に給電する電力を検出する給電電力検出部を有し、
前記交流印加回路は、前記給電電力検出部が検出した電力に応じてパルス信号発生装置のパルス信号のデューティを変化させる請求項１から８までのいずれか１項に記載の非接触給電装置。
【請求項１０】
前記給電コイルユニット部は、給電コイルが受電コイルと電磁結合する部分に受電コイル固定部を有する請求項１から９までのいずれか１項に記載の非接触給電装置。
【請求項１１】
前記受電コイル固定部は、受電コイル部を着脱する鉤止め機構を備える請求項１から１０までのいずれか１項に記載の非接触給電装置。
【請求項１２】
前記給電コイルユニット部は、内部に充填材が充填される請求項１から１１までのいずれか１項に記載の非接触給電装置。
【請求項１３】
電源に接続される給電コイルを備える給電部と受電コイルを備える受電部とにより構成され、前記給電コイルと負荷に接続される前記受電コイルとが電磁結合することにより、電源より負荷へ電力を供給する非接触給電システムであって、
前記給電部は、
交流印加回路と、給電ユニット装着部と、制御部と、を有するソケット部と、
給電コイルと、前記受電部からの出力電圧の情報を受信する出力電圧情報受信部と、前記出力電圧情報受信部が受信した出力電圧の情報を前記制御部へ送信する給電側出力電圧情報送信部と、を有する給電コイルユニット部と、を備え、
前記受電部は、
出力電圧検出部と、
前記出力電圧検出部により検出された出力電圧の情報を前記出力電圧情報受信部へ送信する受電側出力電圧情報送信部と、を備え、
前記制御部は、前記給電側出力電圧送信部により送信された出力電圧の情報を受信し、当該出力電圧の情報に基づいて前記交流印加回路の動作を制御することを特徴とする非接触給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、非接触給電装置に関し、特に電源に接続された給電コイルと負荷に接続された受電コイルを電磁結合させて、電源より負荷へ電力供給するものであり、給電コイルを負荷の消費電力に対応して交換することができる非接触給電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、給電ロスの低減の目的から、データセンターや商業施設、住宅での直流給電の普及が検討され、注目されている。給電電圧は抵抗損失の低減のため、高電圧化が検討され、感電に対する安全性の面から、非接触給電装置が給電系統と、機器との間のコネクタ、またはコンセントとして応用されることが検討されている。
【０００３】
非接触給電装置は、給電コイルと受電コイルが電磁結合するものであり、コアによる鉄損と、コイルによる銅損による効率低下が知られているが、負荷の消費電力の大きさに対応した給電コイルと受電コイルを用いることにより、効率改善することが可能である。即ち、低消費電力の負荷へ給電する場合に給電電力が大容量のコアを使用すると、無負荷損失が大きくなり、給電効率が悪くなる。また、逆に大消費電力の負荷へ給電する場合に、給電電力が小容量のコアを使用すると、必要な電力を供給できないことがある。
このような問題に対して、負荷が広い範囲で変動した場合でも、安定して電力供給することができるよう、給電コイルを複数の小給電コイルによって構成し、給電コイルに流れる電流値に応じて、受電コイルと電磁結合する小給電コイルの個数を切り換えることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２１０８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記公知技術により負荷が広い範囲で変動した場合にも安定して電力供給することが可能であるが、更に、変換効率の向上、小型化、低コスト化が求められている。
本発明は上記のような課題を解決するものであり、負荷の消費電力に対応した給電コイルを用いて効率を改善することが可能な非接触給電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の非接触給電装置は、上記課題を解決するため、電源に接続される給電コイルを備える給電部を有し、前記給電コイルと負荷に接続される受電コイルとが電磁結合することにより、電源より負荷へ電力を供給するものであって、給電部は、交流印加回路と給電ユニット装着部を有するソケット部と、給電コイルを有する給電コイルユニット部とを備え、前記給電コイルユニット部は前記給電ユニット装着部に交換可能に装着されることを特徴とする。
ここで、本発明の非接触給電装置は、負荷の消費電力に対応する大きさの給電コアおよび給電コイルを有する給電コイルユニット部を複数個備え、複数個の給電コイルユニット部は、それぞれ前記給電ユニット装着部に装着されるような構造を有していることが望ましい。なお、給電コアは必ずしも必要ではなく、空芯コイルであってもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、負荷の消費電力に対応した給電コイルを給電ユニット装着部に装着することにより、負荷の消費電力に対応した給電コイルと受電コイルを用いて電磁結合することができる。その結果、非接触給電装置の効率を向上することができる。また負荷の消費電力に対応した給電コイルユニット部を交換して使用するので、余分な給電コイルを用いることがなく、非接触給電装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の非接触給電装置の概要説明図を示す。
【図２】本発明の第１の実施形態で使用されるソケット部の構成図を示す。
【図３】本発明の第１の実施形態で使用されるスイッチ検出部の回路図を示す。
【図４】本発明の第１の実施形態で使用されるスイッチ順序制御部の回路図を示す。
【図５】本発明の第１の実施形態で使用されるＤＣ／ＡＣ変換部の回路図を示す。
【図６】本発明の第１の実施形態において、消費電力が大きい負荷に電力を供給する給電コイルユニット部が装着された場合のソケット部の構成図を示す。
【図７】本発明の第１の実施形態において、消費電力が大きい負荷に電力を供給する場合の給電コイルユニット部と受電コイル部の説明図を示す。
【図８】本発明の第１の実施形態において、消費電力が小さい負荷に電力を供給する給電コイルユニット部が装着された場合のソケット部の構成図を示す。
【図９】本発明の第１の実施形態において、消費電力が小さい負荷に電力を供給する場合の給電コイルユニット部と受電コイル部の説明図を示す。
【図１０】本発明の第１の実施形態で使用される鉤止め構造の説明図を示す。
【図１１】本発明の第２の実施形態で使用されるソケット部の構成図を示す。
【図１２】本発明の第２の実施形態で使用されるユニット部制御回路の回路図を示す。
【図１３】本発明の第３の実施形態で使用されるソケット部の構成図を示す。
【図１４】本発明の第４の実施形態で使用されるソケット部の構成図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の非接触給電装置は、給電コイルユニット部を負荷の消費電力の大きさに対応して交換するものであり、電源に接続される給電コイルを備える給電部と、負荷に接続される受電コイルを備える受電部とからなり、給電部は、交流印加回路と給電ユニット装着部とを有するソケット部と、給電コイルを有する給電コイルユニット部とを備え、給電コイルユニット部は前記給電ユニット装着部に交換可能に装着されることにより構成される。
ここで、上記給電コイルおよび受電コイルは、空芯コイル、および鉄心（コア）とそれに巻かれるコイルを合わせて定義される。
このように、負荷の消費電力の大きさに対応する給電コイルが給電ユニット装着部に装着され、また受電部は負荷の消費電力に対応した受電コイル部を備えるので、負荷の消費電力に対応する給電コイルと受電コイルを電磁結合して電力供給することができ、無負荷損失の影響を低減することができるため、非接触給電装置の効率を向上することができる。
【００１０】
上記給電コイルユニット部は、負荷の消費電力に対応する大きさの給電コアおよび給電コイルを有する給電コイルユニット部を複数個備え、複数個の給電コイルユニット部は、それぞれ前記給電ユニット装着部に交換可能に装着されるような構造を有している。これにより、負荷に対応した給電コイル及び給電コアを有する給電コイルユニット部を選択して給電ユニット装着部に装着することができ、上述したように、非接触給電装置の効率を向上することができる。
【００１１】
また、上述したように、非接触給電装置をコネクタやコンセントとして用いる場合、非接触給電装置が設置される場所に対して、特定の機器が接続される場合は機器に合わせた非接触給電装置とすることができるが、不特定の機器が接続される場合、特定の場所に設置した非接触給電装置は、出力電圧、給電電力が異なる不特定多数の機器に対応しなければならない。特に住宅や商業施設等では様々な消費電力の機器が接続されるが、コストの問題から、設置される非接触給電装置の数は限定されることになる。本発明によれば、特定の設置場所に対し、非接触給電装置の給電コイルユニット部を取り替えることで、様々な給電能力を有する非接触給電装置とすることができるので、それぞれの機器の給電能力に対応した複数種類の非接触給電装置を設置する必要がなく、全体的に非接触給電装置の数を減らすことができる為、住宅設備、施設設備全体としての低コスト化が可能である。
【００１２】
また、機器側は非接触給電装置のコネクタ、またはコンセントとして、受電部を有することになるが、機器の消費電力に対し、必要以上の給電能力のある給電コイル（及び給電コア）が給電コイルユニット部に備えられている場合、受電部はそれに対応する受電コイルが必要であるため、機器に対して、受電コイルのコストが高く、また、受電部が大きく、重くなるという問題がある。本発明によれば、機器に最適な給電コイルユニットに交換可能であるため、機器側の受電部の受電コイルを最適化可能であり、機器の受電部を小型、軽量化、低コスト化することが可能になる。
【００１３】
また、本発明において、前記給電ユニット装着部は、その奥底面に（特に奥底面に限定されるわけではなく、側面であっても当然良い。）開口部を備え、開口部に交流印加回路の出力端子を配置し、前記給電ユニット装着部に給電コイルユニット部が装着されたとき、給電コイルユニット部の入力端子が前記出力端子に接続されるとよい。
このように、給電ユニット装着部に開口部を備え、開口部に交流印加回路の出力端子を配置することにより、給電ユニット装着部に給電コイルユニット部が装着されたとき、給電コイルユニット部の入力端子を出力端子に接続することができるので、便利である。
【００１４】
また、本発明において、前記ソケット部は、前記電源と交流印加回路とを半導体スイッチ及び機構スイッチを介して接続し、前記給電ユニット装着部に給電コイルユニット部が装着されるとき、前記機構スイッチを先にオン状態にし、次に半導体スイッチをオンにし、前記給電ユニット装着部から給電コイルユニット部が取り出されるとき、前記半導体スイッチを先にオフ状態にし、次に機構スイッチをオフにするスイッチ制御部を備えるとよい。
このように、スイッチ制御部によって、前記給電ユニット装着部に給電コイルユニット部が装着されるとき、前記機構スイッチを先にオン状態にし、次に半導体スイッチをオンにし、前記給電ユニット装着部から給電コイルユニット部が取り出されるとき、前記半導体スイッチを先にオフ状態にし、次に機構スイッチをオフにすることにより、仮に高電圧が印加されているような状態でも、機構スイッチがチャタリングを生じても機構スイッチの接点間で火花を発生しないようにすることができる。
【００１５】
また、本発明において、ソケット部は、更に交流印加回路の動作を制御する制御部を備えるとともに、給電コイルユニット部は、給電コイルの過電流検出部を備えることが好ましい。そして、過電流検出部が過電流を検出したとき、過電流検出出力に基づき制御部が交流印加回路の動作を制御するとよい。
例えば、電源より負荷へ電力供給時に、負荷の短絡故障などにより、受電コイルに大電流が流れたとき、給電コイルにも大電流が流れ、給電コアが磁気飽和を起こすと、さらに給電コイルに大電流が流れ、給電コイルが発熱する。その結果、交流印加回路を構成するＩＣ、トランジスタまたはコンデンサを損傷し、ユーザーに火傷を負わせる可能性があり危険である。交流印加回路は給電コイルが大容量のコイルか、小容量のコイルか判断する手段がないために、流れている電流が過電流なのか否か判別がつかない。仮に、給電コイルが小容量であった場合、過電流により、磁気飽和してしまう可能性がある。そのため、本発明では給電コイルユニット部に給電コイルの過電流検出部を備え、給電コイルユニット部ごとに備えられた過電流検出部の過電流検出出力に基づき、制御部は交流印加回路を制御する。このような構成とすることにより、ソケット部は、給電コイルの種類を認識する必要がなく、単純な構成で初期の効果を期待することができる。また、このような構成とすることにより給電コイルユニット部の交換が可能で、高効率かつ安全な非接触給電装置を備えた電力供給装置を提供することができる。
【００１６】
また、本発明において、前記ソケット部は、交流印加回路の動作を制御する制御部と、給電コイルに給電される電力を検出する給電電力検出手段とを有し、前記給電コイルユニット部は、給電電力最大定格値を交流印加回路に通知する給電電力最大定格値通知手段を有し、前記制御部は、前記給電電力検出手段により検出された電力が前記給電電力最大定格値通知手段により通知された給電電力最大定格値を超えないように、前記交流印加回路の動作を制御することが望ましい。
具体的には給電コイルへの電圧印加時間を小さくすることにより、給電コイルへの入力電力を低減することができる。これにより、上述する過電流防止を行なうことができ、高効率かつ安全な非接触給電装置を備えた電力供給装置を提供することができる。
最大定格電流値をソケット側へ通知する手段としては、例えば、ソケット側に備えられたボタンなどの機構と、給電コイルユニット部の凹凸構造により、特定の最大定格電流値の場合に該当するスイッチが押されるようにして、判断することができる。また、ボタンでなくても、ある特定の最大定格電流値の場合に、電気的にショートできるような構造をソケット側が有していればよく、給電コイルユニットが接続されたときに、該当部分が、ショートされるような通知手段であっても良い。その後のソケット側のロジック回路で制御することができる。入力電流検出手段は、抵抗器の両端の電圧でセンシングしても良いし、ホール素子でセンシングしても良い。このように、給電コイルユニット部に過電流検出部を備えずに、ソケット部に電流検出部を備えることができるようにしても良い。
【００１７】
また、本発明において、給電コイルユニット部は、更に加熱検出部を備え、過熱検出部が過熱を検出したとき、過熱検出出力に基づき制御部が交流印加回路の動作を制御するとよい。
上記過熱検出部は給電コイルの直近で、かつユーザーが触る給電コイルユニット部の着脱位置付近に備えていることが好ましい。ソケット部に加熱検出回路を備えていたのでは、内部の回路部品を保護することが可能であるが、実際にユーザーが手を触れる給電コイルユニット部になければ正確に温度を測定し、交流印加回路の動作を制御することが不可能である。これにより、給電コイルに大電流が流れて発熱したり、金属のような異物が給電コイルユニット部と受電コイル部の間に挟まり、加熱されたりしたとき、その温度上昇を検出し、交流印加回路の動作を制御することができる。これにより、非接触給電装置の発火やユーザーの火傷を防止することができる。このように各給電コイルユニット部が加熱検出部を備える構成とすることにより、給電コイルユニット部を交換したときも、高効率かつ安全な非接触給電装置を備えた電力供給装置を提供することができる。
【００１８】
また、本発明において、給電コイルユニット部は、更に受電コイル部の着脱検出部を備え、受電コイル部の着脱検出部の検出出力に基づき制御部が交流印加回路の動作を制御するとよい。
これにより、受電コイル部が装着されたときだけ交流印加回路が動作するように制御することができるので、非接触給電装置の消費電力を削減することができる。このように各給電コイルユニット部が受電コイル部の着脱検出部を備える構成とすることにより、給電コイルユニット部を交換したときも、高効率かつ安全な非接触給電装置を備えた電力供給装置を提供することができる。
【００１９】
また、本発明において、交流印加回路は、負荷の消費電力に対応して装着された給電コイルユニット部からの信号により、給電コイルに印加される電圧のデューティを変化させるとよい。給電コイルユニット部は各々に備えられている給電コイルの定格電力の情報を交流印加回路に通知する手段を有することが好ましい。交流印加回路は給電電圧と給電電流を検知する回路を備え、給電電力をモニターする。モニターした給電電力と給電コイルの定格電力の情報から、無負荷時〜軽負荷時と定常負荷時を判断し、軽負荷時はデューティを小さくすることが好ましい。各給電コイルユニットに備えられているコイルやコアによって、負荷側の給電電力を予想することができる。たとえば、５００Ｗ定格出力の給電コイルユニットである場合、受電側のコイル、コアの形状の一致から、それ相応の負荷がつながるため、１０Ｗ出力電力までは軽負荷とみなすことができる。この場合、デューティを定常出力時に対し、小さくし、１０Ｗに達するまで、徐々に増やし、その後は定常の固定デューティとすることが好ましい。これにより、軽負荷時に電圧が上がりすぎず、受電側の出力電圧を給電側へフィードバックしなくても出力電圧の変動幅を抑えることができる。これにより、フィードバックの回路や機構を削除でき、低コスト化が可能になる。定常負荷時はデューティを固定にしたままにおいて、給電側のコイルと受電側のコイルの巻き数比で出力電圧を所望の電圧に安定して給電することができる。さらに、デューティを絞るので、コイルに流れる電流を小さくすることができ、軽負荷時に高効率化することができる。
このように、負荷の消費電力に対応する給電コイルユニット部に応じて交流印加回路部のパルス信号発生装置のパルス信号のデューティを変化させるので、負荷の消費電力に対応して、電圧変動の小さい安定した電圧を供給することができる。
【００２０】
また、本発明は、別の観点では非接触給電システムであり、前記給電部は、交流印加回路と、給電ユニット装着部と、制御部とを有するソケット部と、給電コイルと、前記受電部からの出力電圧の情報を受信する出力電圧情報受信部と、前記出力電圧情報受信部が受信した出力電圧の情報を前記制御部へ送信する給電側出力電圧情報送信部とを有する給電コイルユニット部とを備え、前記受電部は、出力電圧検出部と、前記出力電圧検出部により検出された出力電圧の情報を前記出力電圧情報受信部へ送信する受電側出力電圧情報送信部とを備えることが好ましく、前記制御部は、前記給電側出力電圧送信部により送信された出力電圧の情報を受信し、当該出力電圧の情報に基づいて前記交流印加回路の動作を制御することが好ましい。
【００２１】
このように、簡単には、受電部の出力電圧を有線の接続によって、給電コイルユニットを通過して、ソケット側の制御部へ信号を送れるように配線することが好ましい。これによって、受電側の出力電圧の電圧上昇異常を検出することができ、電圧上昇異常に基づいて、制御部は交流電圧印加回路へ電圧印加期間中（オン期間中）にオフ信号を通信することによって、デューティを調整することができる。また、有線でなくても、受電側からフォトカプラや別途トランスとそれらの駆動回路を設けることによって、非接触で受電側の出力電圧の電圧上昇異常を給電コイルユニットに通信することができる。交流電圧印加回路は例えば、最大の固定デューティで駆動するようにし、出力電圧の設定値は最大の固定デューティにおける給電側と受電側のコイルの巻き数比によって得られる電圧以下になっていることが好ましい。これにより、交流印加回路は最大固定デューティで駆動し、出力電圧の設定値を超えた際に、オン期間がオフされ、次のオン時間ではオフ信号はリセットされていることが好ましい。リセットされていれば次のオン期間が始まるので、受電側の出力電圧に基づいて、デューティを調整し、安定した受電側の出力電圧を得ることができる。
【００２２】
また、本発明において、給電コイルユニット部は、給電コイルが受電コイルと電磁結合する部分に、負荷の消費電力に対応して大きさまたは形状が異なる受電コイル固定部を備えるとよい。これにより、給電コイルユニット部と受電コイルの組合わせが明瞭になり、最適の組合わせにより、給電コイルと受電コイルを電磁結合することができる。
【００２３】
また、本発明において、前記受電コイル固定部は、受電コイル部の結合を鉤止めする鉤止め機構を備えるとよい。
このように、給電コイルユニット部に、受電コイル部を着脱する鉤止め機構を備えるので、給電コイルユニット部と受電コイル部の良好な係合状態を維持することができ、給電コイルと受電コイルの磁束の結合が良く、漏れ磁束を低減することができるようになるので、高効率は非接触給電装置を提供することができる。
【００２４】
また、本発明において、給電コイルユニット部は、内部に充填材が充填されるとよい。例えば、給電コイルユニット部内に、熱伝導性及び絶縁性の良好なシリコン樹脂を充填することにより、放熱性及び絶縁性を改善することができる。さらに、給電コイルの位置を受電部が接続されたときに近接となる位置に固定することができ、落下等の物理的衝撃も緩和されて、剥離、ズレ等の配置的な問題を生じにくくすることができる。
【００２５】
（発明の概要）
図１は、本発明の非接触給電装置の概要説明図を示し、端子１１は、太陽光発電装置または燃料電池のような発電型直流電源、またはそれらの直流電源の電圧を直流電力変換機により所定の電圧に安定化された安定化型直流電源、また、商用系統（交流）を整流し、直流に変換された交流電源変換型直流電源に接続される。また、端子１１は、交流印加回路１２及び給電ユニット装着部１３を備えるソケット部１０に接続される。端子１１は商用系統電源がそのまま接続されてもよい。その場合、交流印加回路１２はそのまま交流を給電コイルへ印加しても良いし、交流を一度、直流に変換し、高周波交流を給電コイルへ印加しても良い。
給電ユニット装着部１３には、給電コイルユニット部２０が装着される。上記ソケット部１３及び給電コイルユニット部２０よって給電部が構成される。一方、給電コイルユニット部２０に電磁結合する受電コイル部３０を介して、負荷４０に電力が供給される。上記受電コイル部３０を備えることによって受電部が構成される。
【００２６】
ここで、受電コイル部３０は負荷の消費電力の大きさに対応しており、さまざまな負荷の消費電力に対応した受電コイル部３０に対応可能なように、給電コイルユニット部２０は複数種類用意される。図１では３個の給電コイルユニット部２０及び受電コイル部３０が用意され、アルファベット文字を付して区別している。図１は３個の給電コイルユニット部２０及び受電コイル部３０を示すが、個数（種類）の制限はなく、何個（種類）でも構わないが、少なくとも２個以上必要である。負荷４０ａ、４０ｂ、４０ｃは、消費電力の大きさが異なり、図１では四角形の大きさが消費電力の大きさを表している。
３個の給電コイルユニット部２０ａ、２０ｂ、２０ｃおよび受電コイル部３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、負荷４０ａ、４０ｂ、４０ｃの消費電力の大きさに対応して、給電コア２１、受電コア３１の大きさが異なる。給電コイル２２の巻き数はそれぞれ異なっていても良いし、同じでも良い。負荷４０へ給電される電圧は交流電圧印加のデューティ比（ON/OFF比）と給電コイル２２の巻き線と受電コイル３２の巻き線の比で調節されることが好ましい。しかし、３個の給電コイルユニット部２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、給電ユニット装着部１３に装着できるよう同一の構造を有しているように形成される。即ち、形状及びサイズが同一である。受電コイル部３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、給電コア２１及び給電コイル２２に電磁結合する受電コア３１及び受電コイル３２を有していればよく、外形は同一でも異なっていても構わない。
【００２７】
図１に示すように、給電コイルユニット部２０ａは、例えば、消費電力が１０００Ｗ程度の電熱器具、ドライヤー、オーブントースター、掃除機のような器具を含む最も消費電力の大きい負荷４０ａに電力供給するので、給電コア２１ａは大きく形成され、給電コイル２２ａは巻き数の多いコイルによって形成される。
給電コイルユニット部２０ｂは、例えば、消費電力が２００Ｗ以下程度のテレビのような消費電力が中程度の大きさの負荷４０ｂに電力供給するので、給電コア２１ｂは中程度の大きさ形成され、給電コイル２２ｂは中程度の巻き数のコイルによって形成される。
給電コイルユニット部２０ｃは、例えば、消費電力が２０Ｗ以下程度のパソコン、携帯電話の充電器のように消費電力が小さい負荷４０ｃに電力供給するので、給電コア２１ｃは小さく形成され、給電コイル２２ｃは巻き数の少ないコイルによって形成される。
図１は直流負荷を示しており、ほとんどの家電機器は直流負荷であるため、多くの場合、受電コイル部３０は整流回路３３を備えているが、負荷４０が交流負荷である場合は、整流回路は不要である。交流電力系統をそのまま給電コイルに印加し、受電コイルで受電したのち、交流のまま電力を使用しても良い。
【００２８】
従って、最も消費電力の大きい負荷４０ａに電力供給する場合、最も大きい給電コア２１ａ及び大電力給電用に設計された給電コイル２２ａを有する給電コイルユニット部２０ａが選択されて、給電ユニット装着部１３に装着される。また、中程度の消費電力の負荷４０ｂに電力供給する場合、中程度の大きさの給電コア２１ｂ及び中電力給電用に設計された給電コイル２２ｂを有する給電コイルユニット部２０ｂが選択されて、給電ユニット装着部１３に装着される。また、小さい消費電力の負荷４０ｃに電力供給する場合、小さい給電コア２１ｃ及び小電力給電用に設計された給電コイル２２ｃを有する給電コイルユニット部２０ｃが選択されて、給電ユニット装着部１３に装着される。
なお、図１の給電コイルユニット部２０は給電コア２１を有しているが、給電コアのない空芯コイルであってもよい。また、受電コイル部３０は受電コア３１を有しているが、受電コアのない空芯コイルであってもよい。また、給電コア２１及び受電コア３１は、図１に示すようにコ字形以外に、Ｃ形、Ｅ形、Ｐ形などさまざまな形状を使用してもよい。
【００２９】
（第１の実施形態）
図２は本発明の第１の実施形態に使用されるソケット部１０の構成図を示し、例えば、家屋の壁１００の一部に形成した凹部１０１にソケット部１０が挿入され、固定される。ソケット部１０が凹部１０１から抜け出ないようソケット部１０を壁１００にネジ（図示しない）により固定する。
凹部１０１の奥底部には直流給電コネクタ１０２があり、その端子がソケット部１０の端子１１とネジ止めまたは半田付けにより接続される。図示していないが、直流給電コネクタ１０２には太陽電池や蓄電池、燃料電池などの直流電源や、系統交流電力などが電力変換機により、安定した所定の直流電圧に調整されて給電されている。
【００３０】
ソケット部１０は、交流印加回路としてＤＣ／ＡＣ変換部１２と、給電ユニット装着部１３を備える。給電装着部１３の開口部１３ａは、壁１００に向かって開口し、開口部１３ａから給電コイルユニット部２０の装着及び取り出しを可能にしている。
給電ユニット装着部１３は奥底面１３ｂに給電コイルユニット部２０の端子を挿入するための挿入口１３ｃが設けられている。挿入口１３ｃは、２個あり、図６に示すように、給電コイルユニット部２０の２つの栓刃型の第１の端子２３ａが挿入できるようになっている。給電ユニット装着部１３は奥底面１３ｂにスポンジのような緩衝材１３ｄが接着剤により接着固定され、給電コイルユニット部２０の装着時の衝撃を吸収する。緩衝材１３ｄは熱伝導性が良好な材料を用いることがさらに好ましい。たとえば、シリコンゴムなどが挙げられる。これにより、熱を給電装着部１３へ伝えて放熱面積を大きくすることができる。
本発明において、給電ユニット装着部１３及び挿入口１３ｃは、複数の給電コイルユニット部２０に共通使用される。従って、給電コイルユニット部２０の外形、給電コイルユニット部２０の端子位置及び形状は同一に形成される。
【００３１】
直流給電コネクタ１０２は、例えば、Ｎ−チャネルＩＧＢＴ素子、またはＮ―チャネルＦＥＴ素子のような半導体スイッチ素子１４、及び例えば、ソレノイド式ＤＣリレーよりなる機構スイッチ１５を介してＤＣ／ＡＣ変換部１２に接続される。ＤＣ／ＡＣ変換部１２の出力端子１２ａは、給電ユニット装着部１３の奥底面１３ｂに形成された挿入口１３ｃに臨むように配置され、給電コイルユニット部２０の給電コイルの第１の端子２３ａと接続される。図２の出力端子１２ａは丸印で示しているが、実際には給電コイルユニット部２０の第１の端子２３ａを挟みつけるように接触する刃受け型のコネクタによって構成される。半導体スイッチ素子１４及び機構スイッチ１５は、スイッチ制御部１８によりオン・オフが制御される。
【００３２】
半導体スイッチ開閉部１６及び機構スイッチ開閉部１７は、ソケット部１０の表面１９に配置され、ユーザーが操作するようになっている。従って、半導体スイッチ開閉部１６及び機構スイッチ開閉部１７が操作されると、スイッチ制御部１８が動作し、半導体スイッチ素子１４を構成するＮ−チャネルＩＧＢＴ素子、またはＮ―チャネルＦＥＴ素子のゲート―ソース間に制御電圧として、１５Ｖを印加することにより、オン・オフ制御する。また、スイッチ制御部１８は、機構スイッチ１５をオンにするため、例えば１５Ｖを出力し、オフにするため０Ｖを出力する。機構スイッチ１５として、ソレノイド式ＤＣリレーを使用する場合、コイルの逆電圧防止ダイオードを機構スイッチ１５の信号端子（カソード）とコモン端子（アノード）間に接続することが望ましい。
【００３３】
スイッチ制御部１８は、半導体スイッチ開閉部１６と機構スイッチ開閉部１７の動作順序を決定するものであり、給電コイルユニット部２０が装着されるときは、半導体スイッチ開閉部１６及び機構スイッチ開閉部１７のどちらが先に操作されても機構スイッチ１５が先にオンになり、次に半導体スイッチ素子１４がオンになるように制御する。これにより、ＤＣ／ＡＣ変換部１２が動作中であっても機構スイッチ１５が先にオンになり、機構スイッチ１５がチャタリングを起こしても火花を発生させず、そのため接点が酸化しない。
また、給電コイルユニット部２０を取り出すときは、半導体スイッチ開閉部１６及び機構スイッチ開閉部１７のどちらが先に操作されても半導体スイッチ素子１４が先にオフになり、機構スイッチ１５が次にオフになるように制御する。これにより、ＤＣ／ＡＣ変換部１２が動作中であっても半導体スイッチ素子１４が先にオフになり、機構スイッチ１５がアーク放電を発生することがない。
【００３４】
スイッチ制御部１８は、図３に示すスイッチ検出部１８ａと、図４に示すスイッチ順序制御部１８ｂとからなる。
図３に示すように、スイッチ検出部１８ａは、端子１１より得られる直流電源よりスイッチ動作電圧を供給する補助電源回路１８ａ１と、半導体スイッチ開閉部１６及び機構スイッチ開閉部１７に接続するための端子１８ａ２、１８ａ３と、１００ｋΩの接地電位接続抵抗１８ａ４、１８ａ５と、半導体スイッチ信号端子１８ａ６と、機構スイッチ信号端子１８ａ７を備える。
補助電源回路１８ａ１は、端子１１に得られる直流電源電圧、例えば３８０Ｖを１５Ｖと５Ｖの２つの出力電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換コンバータであり、１５Ｖ直流電圧は、リレーや半導体素子を駆動するために利用され、５Ｖ直流電圧はロジック回路を動作させるために利用される。５Ｖ直流電圧は端子１８ａ２より半導体スイッチ開閉部１６に供給され、半導体スイッチ開閉部１６がオン操作されると、半導体スイッチ信号端子１８ａ６に５Ｖ直流電圧を出力する。しかし、半導体スイッチ開閉部１６がオフのときは、半導体スイッチ信号端子１８ａ６に０Ｖを出力する。
また、補助電源回路１８ａ１の５Ｖ直流電圧は、端子１８ａ３より機構スイッチ開閉部１７に供給され、機構スイッチ開閉部１７がオン操作されると、機構スイッチ信号端子１８ａ７に５Ｖ直流電圧を出力する。しかし、機構スイッチ開閉部１７がオフのときは、機構スイッチ信号端子１８ａ７に０Ｖを出力する。
【００３５】
図４に示すようにスイッチ順序制御部１８ｂは、入力側に半導体スイッチ信号端子１８ａ６が接続され、出力側に半導体スイッチ素子１４の駆動回路に制御信号を与えるための端子１８ｂ８を備える。スイッチ順序制御部１８ｂは、アンド回路１８ｂ１、１８ｂ２、１８ｂ３と、インバータ１８ｂ４と、０.１ミリ秒の遅延時間を有する遅延回路１８ｂ５と、１０ミリ秒の時定数を有する微分回路１８ｂ６と、ＳＲフリップフロップ回路１８ｂ７を備える。駆動回路は図示していないが、５Ｖが端子１８ｂ８より入力されると、フォトカプラがオンし、１５Ｖの直流電圧がＮ−チャネルＩＧＢＴ素子、またはＮ―チャネルＦＥＴ素子のゲート―ソース間に印加することにより、オン状態となる。
また、入力側に機構スイッチ信号端子１８ａ７が接続され、出力側に機構スイッチ１５の駆動回路に制御信号を与えるための端子１８ｂ１８を備え、機構スイッチ信号端子１８ａ７と端子１８ｂ１８の間に、アンド回路１８ｂ１１、１８ｂ１２、１８ｂ１３と、インバータ１８ｂ１４と、０.１ミリ秒の遅延時間を有する遅延回路１８ｂ１５と、１０ミリ秒の時定数を有する微分回路１８ｂ１６と、ＳＲフリップフロップ回路１８ｂ１７を備える。駆動回路は図示していないが、５Ｖが端子１８ｂ１８より入力されると、トランジスタがオンし、１５Ｖの直流電圧がリレーの駆動部に印加されることにより、オン状態となる。
そして、端子１８ｂ１８の出力信号は、アンド回路１８ｂ１と、遅延回路１８ｂ５に与えられる。一方、ＳＲフリップフロップ回路１８ｂ７のＱバー出力は、アンド回路１８ｂ１１、１８ｂ１３と、遅延回路１８ｂ１５に与えられる。
上記のようにスイッチ順序制御部１８ｂは構成されるので、給電コイルユニット部２０が装着されるときは、機構スイッチ１５が先にオンになり、次に半導体スイッチ素子１４がオンになるように制御される。また、給電コイルユニット部２０が取り出されるときは、半導体スイッチ素子１４が先にオフになり、機構スイッチ１５が次にオフになるように制御される。本実施例では、より安全を期すために半導体スイッチ素子１４と機構スイッチ素子１５の両方を備えているが、どちらか一方のスイッチ素子だけでも良い。
【００３６】
本発明のＤＣ／ＡＣ変換部１２は、図５に示す回路図のように構成される。ＤＣ／ＡＣ変換部１２は、トランジスタＱＡ、ＱＢとダイオードＤＡ、ＤＢと、コンデンサＣＡ、ＣＢからなるハーフブリッジ式コンバータ１２１と、トランジスタＱＡ、ＱＢをＯＮ／ＯＦＦさせるパルス信号を発生するパルス信号発生装置１２２を備える。パルス信号発生装置１２２は高周波パルス信号を発生し、直流を交流に変換するようハーフブリッジ式コンバータ１２１を動作させる。この場合、高周波パルス信号の周波数は、人間の可聴領域以上が好ましい。しかし、数１００ｋＨｚ以上に高くなると、鉄心のヒステリシス損、渦電流損が大きくなるので、数１００ｋＨｚ以下が好ましく、例えば、人間の可聴領域以上、コイルの大きさの観点から、２０ｋＨｚ以上で、半導体素子のスイッチング速度、発生するノイズの周波数の観点から１００ｋＨｚ以下であることが更に好ましい。
【００３７】
パルス信号発生装置１２２は、固定の周波数、たとえば５０ｋＨｚで、固定のデューティ、たとえば、ＱＡオン期間が５０％、ＱＢオン期間が５０％を交互に行なうパルス信号を出力しても良い。ただし、ＱＡとＱＢがオンする期間が重ならないように２〜３％の同時オフ期間（デッドタイム）を設けることが好ましい。このようなパルス信号によって半導体ＱＡ、ＱＢのスイッチングが制御される場合、受電コイル側の出力電圧は給電コイルに印加される直流電圧に対して、給電コイルの巻き数と受電コイルの巻き数の比となる。
また、パルス信号発生装置１２２は、外部から電圧制御信号Ｓを受けると、高周波パルス信号のオン期間、即ちデューティを変化させ、ＤＣ／ＡＣ変換部１２の出力電圧を制御するようにしても良い。従って、この発明では、負荷の消費電力に対応して給電コイルユニット部２０が給電ユニット装着部１３に装着されるので、その給電コイルユニット部２０に対応した電圧制御信号Ｓを受け、ＤＣ／ＡＣ変換部１２の出力電圧を制御する。
【００３８】
図５に示すＤＣ／ＡＣ変換部１２は、端子１１に直流電源コネクタ１０２を介して直流電源が接続される場合を示しているが、例えば、商用交流電源から交流が入力される場合は、商用交流を直流に変換する交流／直流変換部を備えて、直流に変換した後、入力端子１１に入力するようにしてもよい。
【００３９】
本発明の第１の実施形態のソケット部１０は以上のように構成され、最も消費電力の大きい負荷４０ａに電力供給する場合は、図６に示すように、最も大きい給電コア２１ａ及び給電コイル２２ａを有する給電コイルユニット部２０ａが選択されて、給電コイルユニット部２０ａの前方側より給電ユニット装着部１３に装着される。この装着時の衝撃が緩衝材１３ｄによって緩衝される。この装着の際に、給電コイルユニット部２０ａに備えられた２つの第１の端子２３ａが挿入口１３ｃに挿入され、挿入口１３ｃの近傍に配置されたＤＣ／ＡＣ変換部１２の出力端子１２ａに接続される。そして、ユニット固定部９を操作して、給電コイルユニット部２０ａを固定し、抜け止めする。給電コイルユニットは半導体スイッチおよび／または機構スイッチが両方もしくはどちらか一方がＯＦＦしているとき以外は、取り外しができない機構になっていることが好ましい。図示しないが、例えば、スイッチとモーターが連動しており、スイッチがＯＦＦになると、ユニット固定部９が外れ、スイッチがＯＮの状態ではユニット固定部が閉じることで、取り外すことも、挿入することもできないようにすることが好ましい。
【００４０】
図７は、図６を壁１００の側より見た図を示し、ソケット部１０の給電ユニット装着部１３に給電コイルユニット部２０ａが挿入、装着され、給電コイルユニット部２０ａの入力端子２３ａが挿入口１３ｃに挿入され、ＤＣ／ＡＣ変換部１２の出力端子１２ａに接続された状態を示す。次にユニット固定部９を回転操作して給電コイルユニット部２０ａを固定する。その後、ソケット部１０の表面１９に備えられた半導体スイッチ開閉部１６および機構スイッチ開閉部１７を押圧操作する。半導体スイッチ開閉部１６および機構スイッチ開閉部１７は、その操作順序にかかわらず、スイッチ制御部１８が機構スイッチ１５を先にオンにし、次に半導体スイッチ素子１４がオンになるように制御する。これにより、ＤＣ／ＡＣ変換部１２が動作中であっても機構スイッチ１５が先にオンになり、機構スイッチ１５がチャタリングを起こしても火花を発生させず、そのため接点が酸化しない。スイッチ制御部１８が上記動作を行なった後、スイッチ制御部１８は着脱可能表示用ＬＥＤ８に電力供給し点灯させ、装着完了を表示する。図に示しているように、挿入された給電コイルユニット部を取り出しやすいように、取り出しつまみ２７ａがつけられていることが、さらに好ましい。つまみ２７ａは、複数個備えると、より掴みやすくなる。
【００４１】
給電コイルユニット部２０ａが受電コイル部３０ａと結合する部分に受電コイル固定部として、即ち、給電コイルユニット部２０ａの後方側に大きい凹部２４ａを有する。図７の凹部２４ａの形状は四角形であるが、形状及び大きさは任意であり、受電コイル部３０ａの凸部３３ａに対応する形状であればよい。
受電コイル部３０ａは、負荷の消費電力に対応して最も大きい受電コア３１ａと受電コイル３２ａを備えるとともに、受電コイル部３０ａが給電コイルユニット部と良好に磁気結合する部分に凸部３３ａを有する。
従って、凹部２４ａに凸部３３ａを嵌め合わせることにより、給電コイルと受電コイルを結合することができる。このように凹部２４ａと凸部３３ａは、互いに対応する形状を有しているので、負荷の消費電力に対応した給電コイルユニット部と受電コイル部の関係を間違えることなく、嵌め合わせることができる。
【００４２】
また、消費電力の小さい負荷４０ｃに電力供給する場合、図８に示すように小さい給電コア２１ｃ及び給電コイル２２ｃを有する給電コイルユニット部２０ｃが選択されて、給電コイルユニット部２０ｃの前方側より給電ユニット装着部１３に装着される。この装着時の衝撃が緩衝材１３ｄによって緩衝される。この装着の際に、給電コイルユニット部２０ｃに備えられた２つの第１の端子２３ｃが挿入口１３ｃに挿入され、挿入口１３ｃの近傍に配置されたＤＣ／ＡＣ変換部１２の出力端子１２ａに接続される。そして、ユニット固定部９を操作して、給電コイルユニット部２０ｃを固定し、抜け止めする。緩衝材は熱伝導性を有していることが好ましく、緩衝材を通して、熱をソケット部全体に逃がすことができる。そのような緩衝材としてはシリコンゴムを用いることができる。
【００４３】
図９は、図８を壁１００の側より見た図を示し、図７と異なる点は、受電コイル部３０ｃ、凹部２４ｃと凸部３３ｃであり、それぞれ大きさが異なるが、その他は同じである。
【００４４】
また同様に、図示しないが中程度の消費電力の負荷４０ｂに電力供給する場合、中程度の大きさの給電コア２１ｂ及び給電コイル２２ｂを有する給電コイルユニット部２０ｂが選択されて、給電ユニット装着部１３に装着され、固定部９を操作して、給電コイルユニット部２０ｂを固定し、抜け止めする。この装着の際に、給電コイルユニット部２０ｂに備えられた入力端子２３ｂが挿入口１３ｃに挿入され、挿入口１３ｃの近傍に配置されたＤＣ／ＡＣ変換部１２の出力端子１２ａに接続される。そして、給電コイルユニット部２０ｂが受電コイル部３０ｂと結合する部分に、中程度の凹部を有し、受電コイル部３０ｂが給電コイルユニット部と結合する部分に中程度の凸部を有する。
従って、中程度の凹部に中程度の凸部を嵌め合わせることにより、給電コイルと受電コイルを良好に磁気結合することができる。
【００４５】
給電コイルユニット部２０を給電ユニット装着部１３より取り外す場合は、先ず半導体スイッチ開閉部１６を押圧操作し、次に機構スイッチ開閉部１７を押圧操作する。このような順序で押圧操作すると、機構スイッチ開閉部１７は、先に半導体スイッチ素子１４をオフにし、次に機構スイッチ１５をオフにする。しかし、スイッチ制御部１８は、取り外す場合は、先に半導体スイッチ素子１４をオフにし、次に機構スイッチ１５をオフにする機能を有しているので、半導体スイッチ開閉部１６及び機構スイッチ開閉部１７のどちらが先に操作されても、先に半導体スイッチ素子１４をオフにし、次に機構スイッチ１５がオフになるように制御する。これにより、ＤＣ／ＡＣ変換部１２が動作中であっても半導体スイッチ素子１４が先にオフになるので、機構スイッチ１５がアーク放電を起こしても火花を発生することがない。
【００４６】
図１０は、給電コイルユニット部２０ａの凹部２４ａに受電コイル部３０ａの凸部３３ａを結合させた後、鉤止めする鉤止め機構４０ａを示す。鉤止め機構４０ａは、給電コイルユニット部２０ａの後方側に設けられた凹部２４ａに、鉤先端部が嵌まり込む凹部２５ａを備える。一方、受電コイル部３０ａは、前記凹部２５ａに嵌まり込む突起４１ａと、受電コイル部３０ａの後方部分に設けられた押しボタン４２ａと、突起４１ａと押しボタン４２ａを連結する連結棒４３ａと、突起４１ａ及び押しボタン４２ａを受電コイル部３０ａの外側に付勢するスプリング又はバネ４４ａからなる。
鉤止め機構４０ａは、図１０に示すように、受電コイル部３０ａの後方に、上側と下側にそれぞれ設けると、両方の鉤止め機構４０ａを同時に操作することができ、受電コイル部３０ａの着脱操作を容易に行なうことができる。
なお、図１０は、消費電力が最も大きい負荷に電力供給する給電コイルユニット部２０ａ及び受電コイル３０ａ鉤止め機構４０ａを示すが、消費電力が中程度の負荷及び消費電力が小さい負荷に電力供給する給電コイルユニット部２０ｂ、２０ｃ及び受電コイル３０ｂ、３０ｃの鉤止め機構も同様に構成されるが、図示を省略する。
【００４７】
また、給電コイルユニット部２０ａの凹部２４ａに、受電コイル部３０ａが装着されたとき、受電コイル部３０ａに当接して受電コイル部３０ａの装着を検出する着脱検出スイッチボタン２６ａを備える。着脱検出スイッチボタン２６ａの動作を確実にするため、受電コイル部３０ａに突起４５ａを設けるとよい。着脱検出スイッチボタン２６ａが受電コイル部３０ａの装着を検出すると、パルス信号発生装置１２２へ駆動信号を発生する。この駆動信号Ｓがパルス信号発生装置１２２に受信されることにより、パルスの発生を開始する。
このように、着脱検出スイッチボタン２６ａによって受電コイル部３０ａの着脱状態を検出することができるため、受電コイル部３０ａを装着していないときはパルス信号発生装置を止め、交流印加回路を停止させておくことができるため、余計な消費電力を削除することが可能になる。
【００４８】
図１０（ａ）は、給電コイルユニット部２０ａに受電コイル部３０ａを装着する前の状態を示し、突起４１ａ及び押しボタン４２ａは、スプリング又はバネ４４ａによって、受電コイル部３０ａから突出している。
次に図１０(ｂ)に示すように、給電コイルユニット部２０ａに受電コイル部３０ａを装着するため、押しボタン４２ａを押すと、突起４１ａは受電コイル部内にへこみ、給電コイルユニット部２０ａに受電コイル部３０ａを装着することができる。
そして、図１０(ｃ)に示すように、受電コイル部３０ａを給電コイルユニット部２０ａに完全に装着すると、突起４１ａが凹部２５ａに嵌まり込み受電コイル部３０ａが抜け落ちないようなる。このとき、着脱検出スイッチボタン２６ａが受電コイル部３０ａの装着を検出し、ＤＣ／ＡＣ変換部１２の動作開始を制御する。
【００４９】
受電コイル部３０ａを給電コイルユニット部２０ａから抜き出すときは、押しボタン４２ａを押すと、突起４１ａが凹部２５ａから外れるので、受電コイル部３０ａを引っ張り出すことができる。このとき、着脱検出スイッチボタン２６ａは受電コイル部３０ａが取り出されたことを検出し、ＤＣ／ＡＣ変換部１２及びパルス信号発生装置１２２の動作を停止させる。
【００５０】
（第２の実施形態）
図１１は、第２の実施形態で使用されるソケット部１０の構成図を示す。図１１は代表として、負荷の消費電力が最も小さい給電コイルユニット部２０ｃが給電ユニット装着部１３に装着された場合を示すが、他の給電コイルユニット部２０ａ、２０ｂも同様に構成される。
図１１に示すように、給電コイルユニット部２０ｃは、給電コア２１ｃまたは給電コイル２２ｃの近傍に設置され、給電コア２１ｃまたは給電コイル２２ｃの過熱を検出するサーミスタよりなる過熱検出部５１と、給電コイル２２ｃに直列に接続され、給電コイル２２ｃの過電流を検出する過電流検出回路５２と、受電コイル部３０ｃの着脱によってオンまたはオフになるスイッチよりなる着脱検出部５３を備え、更に、過熱検出部５１、過電流検出回路５２及び着脱検出部５３の検出信号が入力されるユニット部制御回路５４を備える。着脱検出部５３は、着脱検出スイッチボタン２６ａと実質的に同一である。
また、給電コイルユニット部２０ｃは、３つの第２の端子５５ｂ、５５ｃ及び５５ｄを備えている。端子５５ｂは、ユニット部制御回路５４から制御信号を出力する端子であり、端子５５ｃ及び５５ｄは、ユニット部制御回路５４に電源供給（５Ｖ）する電源端子である。端子５５ｂは、ＤＣ／ＡＣ変換部１２へ制御信号を与え、ＤＣ／ＡＣ変換部１２の動作開始または動作停止を制御する。端子５５ｃ及び５５ｄは、ＤＣ／ＡＣ変換部１２内部に備えられた補助電源１２ｅに接続され、５Ｖの電源を供給する。
【００５１】
図１２は、ユニット部制御回路５４の回路図を示す。
図１２に示すように、過熱検出部５１は、サーミスタよりなり、５Ｖの電源ライン５５ｃより１００ｋΩの過電流防止用抵抗６１を介して５Ｖが印加される。サーミスタの出力はコンパレータ６２の非反転端子に与えられ、基準電圧６２ａと比較される。サーミスタが温度上昇を検出すると、その抵抗値が低下し、コンパレータ６２の非反転端子への入力電圧が低下し、基準電圧以下になったとき、コンパレータ６２がＨ信号を出力する。コンパレータ６２の出力は、ＯＲ回路６３に与えられ、ＯＲ回路６３はＨ信号が入力されると、オフ信号（Ｈ信号）を出力する。
【００５２】
過電流検出回路５２は、例えば、過電流検出抵抗とエラーアンプ（図示しない）により、給電コイル２２に流れる電流値がアナログ信号として検出される。この検出出力はコンパレータ６４の反転端子に与えられ、基準電圧６４ａと比較される。従って、過電流検出回路５２の検出出力が過電流を検出すると、そのアナログ信号がコンパレータ６２の反転端子へ入力され、基準電圧以上であるとき、コンパレータ６４はＨ信号を出力する。コンパレータ６４の出力は、ＯＲ回路６３に与えられ、ＯＲ回路６３はＨ信号が入力されると、オフ信号（Ｈ信号）を出力する。
【００５３】
受電コイル部３０の着脱検出部５３は、図１１に示した着脱検出スイッチボタンよりなり、端子５３ａと５３ｂ間を短絡接続または開放する。端子５３ａは、５Ｖの電源ライン５５ｃに１００ｋΩの過電流防止用抵抗６５を介して接続され、端子５３ｂはコモン電極に短絡接続される。従って、着脱検出スイッチボタンが押されて、の端子５３ａと５３ｂ間が接続されると、ＯＲ回路６３へＬ信号を出力する。端子５３ａと５３ｂ間が開放のときはＯＲ回路６３へＨ信号を出力する。
【００５４】
以上のように、ＯＲ回路６３は、過熱検出部５１、過電流検出回路５２及び着脱検出部５３のいずれかよりＨ信号が入力されると、Ｈ信号（オフ信号）を出力し、すべての入力信号がＬ信号のとき、Ｌ信号（オン信号）を出力する。ＯＲ回路６３の出力端子５５ｂはＤＣ／ＡＣ変換部１２へ与えられ、ＤＣ／ＡＣ変換部１２の動作を制御する。
【００５５】
一方、給電ユニット装着部１３は、３つの挿入口１３ｇ、１３ｈ及び１３ｉを備え、上記３つの端子５５ｂ、５５ｃ及び５５ｄは、それぞれの挿入口１３ｇ、１３ｈ及び１３ｉを通り、接点１２ｂ、１２ｃ，及び１２ｄにそれぞれ接続される。
ソケット部１０のＤＣ／ＡＣ変換部１２は内部に補助電源１２ｅを備えており、プラス端子とマイナス端子(ＣＯＭ)の電圧差５Ｖを出力する。補助電源１２ｅは、端子１１から入力される例えば直流３８０Ｖを５Ｖに変換する絶縁型のＤＣＤＣコンバータである。補助電源１２ｅからプラス端子１２ｅ、マイナス端子１２ｆが接点１２ｃ、１２ｄに接続され、ユニット部制御回路５４の端子５５ｃと５５Ｄ間に５Ｖの直流電圧を供給する。ＤＣ／ＡＣ変換部１２は内部にＤＣ／ＡＣ変換部１２の動作を制御する制御部を有する。
【００５６】
過熱検出部５１及び過電流検出回路５２は異常を検出すると、ユニット部制御回路５４へ検出信号を送る。検出信号を受信したユニット部制御回路５４は、異常信号を端子５５ｂ及び接点１２ｂを通って、ＤＣ／ＡＣ変換部１２へ送り、受信したＤＣ／ＡＣ変換部１２は動作を停止する。このようにユニット部制御回路５４はＤＣ／ＡＣ変換部１２へ制御のための信号を送る機能を有する。
同様に、着脱検出部５３は、給電コイルユニット部２０の凹部２４ａに設置されたマイクロスイッチよりなり、受電コイル部３０ａが給電コイルユニット部２０に装着されたとき、マイクロスイッチがオンになり、受電コイル部３０ａが給電コイルユニット部２０に装着されたことを検出する。このようにして、着脱検出部５３は受電コイル部３０が装着されたことを認識すると、ユニット部制御回路５４へ検出信号を送り、ユニット制御回路５４はＤＣ／ＡＣ変換部１２へ駆動命令を送信する。受電コイル部３０ａが外されると、着脱検出部５３はユニット部制御回路５４へ信号を送り、ユニット制御回路５４はＤＣ／ＡＣ変換部１２へ停止命令を送信する。
この通信は単一の端子で、シリアル通信をしても良いし、それぞれの信号に対し、別途端子を設け、Ｈ信号、Ｌ信号のロジック信号でそれぞれの検出に対して、通信しても良い。
【００５７】
給電コイルユニット部２０の内部には過熱検出回路５１が備えられている。過熱検出回路５１はサーミスタを用いることによって検出することができる。過熱検出回路５１は給電コイル２２の設計に基づき各給電コイルユニット部２０毎に過熱検出値が設定されている。過熱検出値以上の過熱が検出されると、ＤＣ／ＡＣ変換部１２へ検出信号が送られ、ＤＣ／ＡＣ変換部１２の動作を停止させる。
復帰動作は、例えば、６０℃になると、直流交流変換部の動作を停止させ、４０℃になると自動的に復帰するようにヒステリシスを設け、復帰信号をＤＣ／ＡＣ変換部１２へ送り、動作を再開させる。
過熱検出回路５１は給電コイル２２の直近かつ、ユーザーが手で触るプラグ着脱位置直近に備えていることが好ましい。
これにより、大電流が流れることによるコイルの発熱や、金属の異物がプラグとソケット間に混入し、過熱されてしまったときに温度上昇を検出し、直流交流変換部の動作を停止することで、給電を停止するので、発火や、ユーザーの火傷を防ぐことができる。
給電コイル２２を含む給電コイルユニット部２０を交換可能とすることで、ユーザーが手で触れるプラグの着脱部はユニットとして、複数種類のユニットに交換されるため、ユニットごとに過熱検出部を設けることが好ましい。これにより、１次側コイルが交換可能で、高効率かつ安全な非接触給電コンセントを提供することができる。
【００５８】
給電コイルユニット部２０の内部に過電流検出回路５２が備えられている。過電流検出回路５２は給電コイル２２の設計に基づき、各給電コイルユニット部２０毎に過電流検出値が設定されている。過電流検出値以上の過電流が検出されると、即ち、飽和電流を検出すると、ＤＣ／ＡＣ変換部１２へ検出信号が送られ、ＤＣ／ＡＣ変換部１２の動作を停止させる。
復帰動作は時間の所定時間を経過するタイミングでリセットされ、自動的に通常の動作状態に復帰しても良いし、別途リセットボタンを設け、ユーザーもしくはメンテナンスを行なう人がリセットボタンを操作したときに復帰するようにしても良い。
電流値の測定は抵抗器やカレントトランスで行なうことができる。基準電圧と比較器を設け、測定電流値を電圧に変換し、過電流リミット値に設定した基準電圧と比較することで、過電流状態を検出することができる。
【００５９】
負荷の短絡故障などにより、受電コイル３２に大電流が流れたとき、給電コイル２２にも大電流が流れ、磁気飽和を起こし、さらに大電流が流れてしまう。これにより、給電コイル２２が発熱し、高温になり、トランジスタやコンデンサ等の半導体部品の故障や、ユーザーに火傷を負わせる可能性あり、危険である。給電コイルユニット部２０に過電流検出回路５２を備えることにより、給電コイルユニット部２０ごとに設けられた過電流検出値を参照し、ソケット部１０のＤＣ／ＡＣ変換回路へ異常状態を通知することができるので、ソケット部１０は給電コイルの種類を認識する必要がなく、単純な構成とすることが出来る。このような構成にすることで、給電コイルユニット部２０の給電コイル２２の交換可能で、高効率かつ安全な非接触給電コンセントを提供することができる。もちろん、ソケット部側に過電流検出回路を備え、給電コイルユニット部に最大定格電流値を通知する手段を備えても当然良い。
【００６０】
給電コイルユニット部２０の内部には受電コイル部３０の着脱検出部５３が備えられている。受電コイル部３０の着脱検出部５３は、給電コイルユニット部２０に給電コイル部３０が装着されたことを、ＤＣ／ＡＣ変換部１２へ通知して動作を開始し、受電コイル部３０が装着されていない場合は、ＤＣ／ＡＣ変換部１２は動作を停止する。このように制御することにより消費電力を削減することができる。
給電コイルユニット部２０の着脱検出は、図１１に示すように、例えば、受電コイル部３０が装着されたときに、着脱検出部５３が押され、図１１に示すユニット部制御回路５４へＨ信号が送信され、装着されていない場合、着脱検出ボタンが押されずに、Ｌ信号がユニット部制御回路へ入力されるような構成にすることが好ましい。
給電コイルを含む給電コイルユニット部を交換可能とすることで、受電部（プラグ）の着脱部は給電コイルユニット部として、複数の種類の給電コイルユニット部毎に交換されるため、給電コイルユニット部毎に着脱検出部を設けることが好ましい。これにより、給電コイルが交換可能で、高効率な非接触給電コンセントを提供することができる。
【００６１】
（第３の実施形態）
図１３は、第４の実施形態で使用されるソケット部１０の構成図を示す。第４の実施形態のソケット部１０が第３の実施形態のソケット部１０を示す図１１と異なるところは、ユニット部制御回路５４がソケット部１０内に設けられ、過熱検出部５１、過電流検出回路５２、及び着脱検出部５３の検出出力が端子を介してユニット部制御回路５４に供給されるところが相違するが、その他は同じである。
【００６２】
（第４の実施形態）
図１４は、第２の実施形態で使用されるソケット部１０の構成図を示す。この第２の実施形態では、給電コイルユニット部２０の内部に熱伝導率及び絶縁性の良好な充填材１３ｇが充填される。熱伝導率の良好な充填材１３ｇとしては、シリコン樹脂が適している。また、ソケット部１０の給電コイルユニット部１３は熱伝導性の良好なアルミニウムなどの金属筐体により構成する。緩衝材１３ｄは熱伝導性が良好な材料を用いることがさらに好ましい。たとえば、シリコン樹脂などが挙げられる。その他の部分は第１の実施形態と同じである。
この第４の実施形態によれば、給電コア２１及び給電コイル２２が給電時に発熱しても、発熱は充填材１３ｇと緩衝材１３ｄと給電コイルユニット部１３を伝わって放熱され、さらにソケット部１０から壁１００へ放熱される。放熱面積が向上するため、温度が上がりにくくすることができる。また、充填材１３ｇが絶縁性良好であれば、給電コイルユニット部２０内の絶縁性を向上することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１０  ソケット部
１１  端子
１２  交流印加回路（ＤＣ／ＡＣ変換部）
１３  給電ユニット装着部
２０  給電コイルユニット部
２１  給電コア
２２  給電コイル
２３  第１の端子
３０  受電コイル部
３１  受電コア
３２  受電コイル
４０  負荷
５１  過熱検出部
５２  過電流検出回路
５３  着脱検出部
５４  ユニット部制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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