(57)【要約】【課題】フィードバック制御を必要とせず、電力や信号を非接触で伝送することができる電力伝送装置および電力・信号伝送装置を提供すること。【解決手段】電力伝送装置は、１次巻線１０３ａが第１のユニット側に配置されかつ２次巻線１０３ｂが第２のユニット側に配置された出力トランス１０３と、給電回路１０２と、受電回路１０４とを備え、給電回路１０２は、スイッチング素子１１１，１１２と、共振コンデンサ１１３と、スイッチング素子１１１，１１２を所定のオン・オフ周波数でスイッチング制御する制御手段１１４，１１５とを含む共振型スイッチング電源であり、オン・オフ周波数は、負荷として特定の負荷１０５が接続された場合に、共振コンデンサ１１３と出力トランス１０３の１次巻線１０３ａで決定される共振周波数と一致し、特定の負荷１０５が接続されない場合共振周波数と一致しないように設定されている。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のユニットと第２のユニット間で電力を伝送する電力伝送装置であって、
１次巻線が上記第１のユニット側に配置されかつ２次巻線が上記第２のユニット側に配置された出力トランスと、
上記第１のユニット側に配置され、直流電源からの直流電力を交流電力に変換して上記出力トランスの上記１次巻線に供給する給電回路と、
上記第２のユニット側に配置され、上記出力トランスの上記２次巻線から供給される交流電力を直流電力に変換して負荷に供給する受電回路とを備え、
上記給電回路は、上記直流電源と直列に接続されたスイッチング素子と、該スイッチング素子と上記出力トランスの上記１次巻線の間に直列に接続された共振コンデンサと、上記スイッチング素子を所定のオン・オフ周波数でスイッチング制御する制御手段とを含む共振型スイッチング電源であり、
上記オン・オフ周波数は、上記負荷として特定の負荷が接続された場合に、上記共振コンデンサと上記出力トランスの上記１次巻線で決定される共振周波数と一致し、上記特定の負荷が接続されない場合に、上記共振周波数と一致しないように設定されている
ことを特徴とする電力伝送装置。
【請求項２】
第１のユニットと第２のユニット間で電力および信号を伝送する電力・信号伝送装置であって、
１次巻線が上記第１のユニット側に配置されかつ２次巻線が上記第２のユニット側に配置された出力トランスと、
上記第１のユニット側に配置され、直流電源からの直流電力を交流電力に変換して上記出力トランスの上記１次巻線に供給する給電回路と、
上記第２のユニット側に配置され、上記出力トランスの上記２次巻線から供給される交流電力を直流電力に変換して負荷に供給する受電回路と、
上記第１のユニット側に配置され、エアバッグ信号を出力するエアバッグセンサ部と、
上記第２のユニット側に配置され、上記受電回路からの上記直流電力が供給され、上記エアバッグセンサ部からの上記エアバッグ信号に応答して作動するエアバッグインフレータと、
上記第１のユニット側および上記第２のユニット側にそれぞれ配置された発光部および受光部を有する光通信回路を含み、上記光通信回路を介して上記エアバッグセンサ部からの上記エアバッグ信号を上記エアバッグインフレータへ伝送する通信装置とを備え、
上記給電回路は、上記直流電源と直列に接続されたスイッチング素子と、該スイッチング素子と上記出力トランスの上記１次巻線の間に直列に接続された共振コンデンサと、上記スイッチング素子を所定のオン・オフ周波数でスイッチング制御する制御手段とを含む共振型スイッチング電源であり、
上記オン・オフ周波数は、上記エアバッグインフレータの作動時に、上記共振コンデンサと上記出力トランスの上記１次巻線で決定される上記共振周波数と一致し、上記エアバッグインフレータの不作動時に、上記共振周波数に一致しないように設定されている
ことを特徴とする電力・信号伝送装置。
【請求項３】
前記通信装置は、前記第１のユニット側に配置された第１の通信制御回路と、前記第２のユニット側に配置された第２の通信制御回路をさらに含み、
上記第１の通信制御回路と上記第２の通信制御回路は、前記光通信回路を介して前記エアバッグ信号の伝送を行う
ことを特徴とする請求項２記載の電力・信号伝送装置。
【請求項４】
前記エアバッグセンサ部は、車両の衝突を検出する衝突センサと、該衝突センサからの検出信号に基づいて、エアバッグを作動させる必要があると判定した場合に前記エアバッグインフレータを作動させるためのエアバッグ信号を出力するエアバッグ信号発生回路とを備えている
ことを特徴とする請求項２記載の電力・信号伝送装置。
【請求項５】
前記第１のユニットは車両の車体であり、前記第２のユニットはステアリングである
ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の電力・信号伝送装置。
【請求項６】
前記出力トランスは、前記車体側に配置される固定部側部材と、前記ステアリング側に配置され、上記固定部側部材と所定のエアギャップを介して回転可能に連結される回転部側部材と、これらの部材に配置された導光体とから構成されると共に、前記１次巻線が上記固定部側部材に設けられかつ前記２次巻線が上記回転部側部材に設けられた、回転型トランスからなり、
前記導光体は、前記固定部側部材に設けられた第１の導光路と、前記回転部側部材に設けられ、上記第１の導光路と互いに向き合うように配置された第２の導光路を含み、
前記光通信回路の前記発光部および前記受光部は、上記第１および第２の導光路を介して光通信する
ことを特徴とする請求項５記載の電力・信号伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力伝送装置および電力・信号伝送装置に関し、特に、２つのユニット間で非接触の形態で電力または電力・信号を伝送する電力伝送装置および電力・信号伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電力伝送装置として、たとえば特開平１１−３４１７１１号に開示されているものがある。
【０００３】
図９は、上述の従来の電力伝送装置の構成例を示すブロック図である。図９において、出力トランス４の２次巻線４ｂ側に接続した信号伝送用負荷回路２１に自己の電流に負荷電流に対応するパルス状の負荷信号電流を重畳させ、出力トランス４の１次側に電磁誘導結合により、負荷信号電流を伝達し、１次巻線４ａ、ダイオード９、抵抗７に負荷信号電流を流して電流検出回路１０で検出し、その検出値に応じて発振周波数可変回路１１に対して発振回路１２の発振周波数を可変させ、ＭＯＳトランジスタ６のスイッチング周期を変え、１次側の直流電圧のチョッピング周期を変えることにより、無負荷、軽負荷時には小電力、２次側からの負荷信号電流検出時には大電力を２次側に供給する。
【０００４】
しかしながら、上述の従来の電力伝送装置では、次のような問題点がある。
（１）１次側回路および２次側回路共に、負荷信号電流検出回路などによるフィードバックが必要なため、コスト高となる。
（２）出力トランスとして、エアギャップの変化する回転型トランスを適用するのが困難である。
（３）負荷変動時の出力電圧変動範囲が大きい。
（４）非共振方式のため、重負荷時にスイッチングロスが増加し伝送効率が悪化する。
（５）非共振方式のため、ノイズが大きい。
（６）負荷信号電流伝達を出力トランスが担うため、ノイズの影響を受け易く、制御が安定しない。
【０００５】
また、従来の回転型トランスを使用した非接触電力伝送装置として、たとえば特開平８−７２６３５号公報に開示されているものがある。この公報に開示されている技術においては、車両のコラム側に、エアバッグを作動させるための高エネルギー電力信号を発生してホイール側に伝送する第１回路と、ホイール側の電子装置を作動させるための低エネルギー電力信号を発生してホイール側に伝送する第２回路とを設け、ホイール側に伝送された電力信号の周波数の違いで、エアバッグと電子装置、つまり負荷を切り換えている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の電力伝送装置では、コラム側（１次側）に２種類の電力信号発生回路を設けるため、部品点数の増加、コスト増加という問題がある。
【０００７】
よって本発明は、上述した従来の問題点に鑑み、フィードバック制御を必要とせず、部品点数削減が可能で、高効率の電力や信号を非接触で伝送することができる電力伝送装置および電力・信号伝送装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、第１のユニットと第２のユニット間で電力を伝送する電力伝送装置であって、１次巻線が上記第１のユニット側に配置されかつ２次巻線が上記第２のユニット側に配置された出力トランスと、上記第１のユニット側に配置され、直流電源からの直流電力を交流電力に変換して上記出力トランスの上記１次巻線に供給する給電回路と、上記第２のユニット側に配置され、上記出力トランスの上記２次巻線から供給される交流電力を直流電力に変換して負荷に供給する受電回路とを備え、上記給電回路は、上記直流電源と直列に接続されたスイッチング素子と、該スイッチング素子と上記出力トランスの上記１次巻線の間に直列に接続された共振コンデンサと、上記スイッチング素子を所定のオン・オフ周波数でスイッチング制御する制御手段とを含む共振型スイッチング電源であり、上記オン・オフ周波数は、上記負荷として特定の負荷１０５が接続された場合に、上記共振コンデンサと上記出力トランスの上記１次巻線で決定される共振周波数と一致し、上記特定の負荷が接続されない場合に、上記共振周波数と一致しないように設定されていることを特徴とする電力伝送装置に存する。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、電力伝送装置は、第１のユニットと第２のユニット間で電力を伝送する電力伝送装置であって、１次巻線が第１のユニット側に配置されかつ２次巻線が第２のユニット側に配置された出力トランスと、第１のユニット側に配置され、直流電源からの直流電力を交流電力に変換して出力トランスの１次巻線に供給する給電回路と、第２のユニット側に配置され、出力トランスの２次巻線から供給される交流電力を直流電力に変換して負荷に供給する受電回路とを備え、給電回路は、直流電源と直列に接続されたスイッチング素子と、スイッチング素子と出力トランスの１次巻線の間に直列に接続された共振コンデンサと、スイッチング素子を所定のオン・オフ周波数でスイッチング制御する制御手段とを含む共振型スイッチング電源であり、オン・オフ周波数は、負荷として特定の負荷１０５が接続された場合に、共振コンデンサと出力トランスの１次巻線で決定される共振周波数と一致し、特定の負荷が接続されない場合に、上記共振周波数と一致しないように設定されているので、フィードバック制御を必要としないため、フィードバック制御用の部品点数の削減が可能となり、低コストである。また、重負荷時、共振周波数によりゼロ電流スイッチングが達成されるので、高効率で大電力伝送が可能となる。また、共振型スイッチング電源を用いているため、低ノイズである。
【００１０】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、第１のユニットと第２のユニット間で電力および信号を伝送する電力・信号伝送装置であって、１次巻線が上記第１のユニット側に配置されかつ２次巻線が上記第２のユニット側に配置された出力トランスと、上記第１のユニット側に配置され、直流電源からの直流電力を交流電力に変換して上記出力トランスの上記１次巻線に供給する給電回路と、上記第２のユニット側に配置され、上記出力トランスの上記２次巻線から供給される交流電力を直流電力に変換して負荷に供給する受電回路と、上記第１のユニット側に配置され、エアバッグ信号を出力するエアバッグセンサ部と、上記第２のユニット側に配置され、上記受電回路からの上記直流電力が供給され、上記エアバッグセンサ部からの上記エアバッグ信号に応答して作動するエアバッグインフレータと、上記第１のユニット側および上記第２のユニット側にそれぞれ配置された発光部および受光部を有する光通信回路を含み、上記光通信回路を介して上記エアバッグセンサ部からの上記エアバッグ信号を上記エアバッグインフレータへ伝送する通信装置とを備え、上記給電回路は、上記直流電源と直列に接続されたスイッチング素子と、該スイッチング素子と上記出力トランスの上記１次巻線の間に直列に接続された共振コンデンサと、上記スイッチング素子を所定のオン・オフ周波数でスイッチング制御する制御手段とを含む共振型スイッチング電源であり、上記オン・オフ周波数は、上記エアバッグインフレータの作動時に、上記共振コンデンサと上記出力トランスの上記１次巻線で決定される上記共振周波数と一致し、上記エアバッグインフレータの不作動時に、上記共振周波数に一致しないようにように設定されていることを特徴とする電力・信号伝送装置に存する。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、電力・信号伝送装置は、第１のユニットと第２のユニット間で電力および信号を伝送する電力・信号伝送装置であって、１次巻線が第１のユニット側に配置されかつ２次巻線が第２のユニット側に配置された出力トランスと、第１のユニット側に配置され、直流電源からの直流電力を交流電力に変換して出力トランスの１次巻線に供給する給電回路と、第２のユニット側に配置され、出力トランスの２次巻線から供給される交流電力を直流電力に変換して負荷に供給する受電回路と、第１のユニット側に配置され、エアバッグ信号を出力するエアバッグセンサ部と、第２のユニット側に配置され、受電回路からの直流電力が供給され、エアバッグセンサ部からのエアバッグ信号に応答して作動するエアバッグインフレータと、第１のユニット側および第２のユニット側にそれぞれ配置された発光部および受光部を有する光通信回路を含み、光通信回路を介してエアバッグセンサ部からのエアバッグ信号をエアバッグインフレータへ伝送する通信装置とを備え、給電回路は、直流電源と直列に接続されたスイッチング素子と、スイッチング素子と出力トランスの１次巻線の間に直列に接続された共振コンデンサと、スイッチング素子を所定のオン・オフ周波数でスイッチング制御する制御手段とを含む共振型スイッチング電源であり、オン・オフ周波数は、エアバッグインフレータの作動時に、共振コンデンサと出力トランスの１次巻線で決定される上記共振周波数と一致し、上記エアバッグインフレータの不作動時に、上記共振周波数に一致しないように設定されているので、フィードバック制御を必要としないため、フィードバック制御用の部品点数の削減が可能となり、低コストである。また、エアバッグ作動時に、共振周波数によりゼロ電流スイッチングが達成されるので、高効率で大電力伝送が可能となる。また、共振型スイッチング電源を用いているため、低ノイズである。
【００１２】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載の発明は、前記通信装置は、前記第１のユニット側に配置された第１の通信制御回路と、前記第２のユニット側に配置された第２の通信制御回路をさらに含み、上記第１の通信制御回路と上記第２の通信制御回路は、前記光通信回路を介して前記エアバッグ信号の伝送を行うことを特徴とする請求項２記載の電力・信号伝送装置に存する。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、通信装置は、第１のユニット側に配置された第１の通信制御回路と、第２のユニット側に配置された第２の通信制御回路をさらに含み、第１の通信制御回路と第２の通信制御回路は、光通信回路を介してエアバッグ信号の伝送を行うので、エアバッグ信号は電磁ノイズの影響を受けにくく、安定したエアバッグ作動が可能となる。
【００１４】
上記課題を解決するためになされた請求項４記載の発明は、前記エアバッグセンサ部は、車両の衝突を検出する衝突センサと、該衝突センサからの検出信号に基づいて、エアバッグを作動させる必要があると判定した場合に前記エアバッグインフレータを作動させるためのエアバッグ信号を出力するエアバッグ信号発生回路とを備えていることを特徴とする請求項２記載の電力・信号伝送装置に存する。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、エアバッグセンサ部は、車両の衝突を検出する衝突センサと、衝突センサからの検出信号に基づいて、エアバッグを作動させる必要があると判定した場合にエアバッグインフレータを作動させるためのエアバッグ信号を出力するエアバッグ信号発生回路とを備えているので、車両の衝突時に確実にエアバッグ信号を出力し、エアバッグインフレータを作動させることができる。
【００１６】
上記課題を解決するためになされた請求項５記載の発明は、前記第１のユニットは車両の車体であり、前記第２のユニットはステアリングであることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の電力・信号伝送装置に存する。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、第１のユニットは車両の車体であり、第２のユニットはステアリングであるので、車両の車体とステアリング間の電力・信号の伝送を非接触で行うことができる。
【００１８】
上記課題を解決するためになされた請求項６記載の発明は、前記出力トランスは、前記車体側に配置される固定部側部材と、前記ステアリング側に配置され、上記固定部側部材と所定のエアギャップを介して回転可能に連結される回転部側部材と、これらの部材に配置された導光体とから構成されると共に、前記１次巻線が上記固定部側部材に設けられかつ前記２次巻線が上記回転部側部材に設けられた、回転型トランスからなり、前記導光体は、前記固定部側部材に設けられた第１の導光路と、前記回転部側部材に設けられ、上記第１の導光路と互いに向き合うように配置された第２の導光路を含み、前記光通信回路の前記発光部および前記受光部は、上記第１および第２の導光路を介して光通信することを特徴とする請求項６記載の電力・信号伝送装置に存する。
【００１９】
請求項６記載の発明によれば、出力トランスは、車体側に配置される固定部側部材と、ステアリング側に配置され、固定部側部材と所定のエアギャップを介して回転可能に連結される回転部側部材と、これらの部材に配置された導光体とから構成されると共に、１次巻線が固定部側部材に設けられかつ２次巻線が回転部側部材に設けられた、回転型トランスからなり、導光体は、固定部側部材に設けられた第１の導光路と、回転部側部材に設けられ、第１の導光路と互いに向き合うように配置された第２の導光路を含み、光通信回路の発光部および受光部は、第１および第２の導光路を介して光通信するので、エアギャップのあるトランスに応用可能である。また、トランスのエアギャップ変動に強い。また、１つの出力トランスで、電磁誘導による電力伝送と光通信による信号伝送が可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明による電力伝送装置を含む電力・信号伝送装置の実施の形態を示す構成図である。なお、ここでは、電力・信号伝送装置が、車両に搭載され、第１のユニットとしての車両の車体（ボディ）と第２のユニットとしてのステアリングとの間で、非接触で電力および信号を伝送するために適用されている場合について説明する。
【００２１】
図１において、電力・信号伝送装置は、直流電源としてのバッテリ１０１、給電回路１０２、出力トランス１０３、受電回路１０４、エアバッグインフレータ１０５、通信制御回路１０７、光通信回路１０８、通信制御回路１０９、エアバッグセンサ部１１７、スイッチ回路１２０および制御装置１２１を備えている。
【００２２】
バッテリ１０１、給電回路１０２、通信制御回路１０９、エアバッグセンサ部１１７および制御装置１２１は、第１のユニット（ボディ）側に配置され、受電回路１０４、エアバッグインフレータ１０５、通信制御回路１０７およびスイッチ回路１２０は、第２のユニット（ステアリング）側に配置され、出力トランス１０３および光通信回路１０８を介して非接触の形態で電力および信号を伝送するように構成される。
【００２３】
給電回路１０２は、共振型スイッチング電源であり、バッテリ１０１の直流電圧を昇圧する昇圧回路１１０と、昇圧回路１１０と接地間に直列接続された第１および第２のスイッチング素子としてのＮチャンネルＦＥＴ１１１，１１２と、ＮチャンネルＦＥＴ１１１とＮチャンネルＦＥＴ１１２の接続点と出力トランスの１次巻線間に接続された共振コンデンサ１１３と、制御手段としての発振回路１１４および駆動回路１１５と、ハイサイドドライブ用チャージポンプ１１６とから構成されている。
【００２４】
給電回路１０２は、発振回路１１４および駆動回路１１５でオン、オフ駆動されるハイサイドのＮチャンネルＦＥＴ１１１とローサイドのＮチャンネルＦＥＴ１１２により、直流入力電圧を交互にスイッチングし、出力トランス１０３を介して受電回路１０４側に電力を伝送する。通常、ハイサイドのスイッチング素子としては、ＰチャンネルＦＥＴを用いるが、本発明では大電力伝送を行うため、低コストで低いオン抵抗が得られるＮチャンネルＦＥＴを用いている。その結果、同一品種のＮチャンネルＦＥＴに統一できるため、量産コストでも有利である。
【００２５】
また、給電回路１０２は、出力トランス１０３の一次巻線１０３ａ側から見た負荷インピーダンスに対して、目標の出力電圧が得られるのに十分な入力電圧を確保するために、昇圧回路１１０を設けている。これは、自動車の場合、バッテリ１０１の電源電圧１２ボルトでは、スイッチング電源の入力直流電圧として不足なためである。
【００２６】
給電回路１０２は、発振回路１１４で所定の周波数を有する発振出力パルス信号を発生させ、駆動回路１１５に入力する。駆動回路１１５は、発振回路１１４から供給されたパルス信号に基づき、ある適切な休止期間ｔ１，ｔ２を持った交互パルス信号（図７参照）を作り出す。交互パルス信号のうちのハイサイド駆動用パルス信号は、ハイサイドのＮチャンネルＦＥＴ１１１を駆動するために、ＮチャンネルＦＥＴ１１１のソースを基準としてハイサイドドライブ用チャージポンプ１１６で昇圧し、ＮチャンネルＦＥＴ１１１をオンさせるのに必要な電圧を作り出す。
【００２７】
出力トランス１０３は、たとえば、１次巻線１０３ａが車体（ボディ）側のコラムに配置され、２次巻線１０３ｂがステアリング側に配置され、両巻線が相対回転可能になるように構成された回転型トランスであり、その詳細な構造は後述する。
【００２８】
受電回路１０４は、給電回路１０２から出力トランス１０３における電磁誘導により非接触の形態で伝送された交流電力を整流手段（図示しない）で直流電力に変換し、直流電源として、負荷、すなわちエアバッグインフレータ１０５および通信制御回路１０７へ供給する。
【００２９】
エアバッグインフレータ１０５は、受電回路１０４の出力で給電される点火装置（スクイブ）（図示しない）を有し、後述するようにエアバックセンサ部１１７から通信制御回路１０９、光通信回路１０８および通信制御回路１０７を介して入力されるエアバッグ信号に応答して、点火装置に通電することにより、エアバッグ（図示しない）を膨らませる。
【００３０】
図２から図５は、出力トランス１０３の構造例を説明する図である。出力トランス１０３は、回転部側部材Ｐ１と、固定部側部材Ｐ２と、これらの部材間に配置された導光体Ｐ３とから構成された回転型トランスからなる。
【００３１】
図２は、出力トランス１０３がステアリングと車体（ボディ）側のコラムとの連結部分に搭載される様子を示す図であり、同図に示すように、ステアリングとコラムを連結する際に、ステアリング側に固定された回転部側部材Ｐ１とコラム側に固定された固定部側部材Ｐ２が、対向して連結、配置されるようになっている。
【００３２】
図３は、出力トランス１０３の断面図であり、回転部側部材Ｐ１と固定部側部材Ｐ２の連結部分の詳細を示す。回転部側部材Ｐ１と固定部側部材Ｐ２には、それぞれ、導光体Ｐ３の一部をなす導光路Ｐ３ａおよびＰ３ｂが、互いに向き合って配置されている。また、コラム側からステアリング側へ非接触で電磁誘導により電力を供給するために、固定部側部材Ｐ２には、１次巻線１０３ａが設けられ、回転部側部材Ｐ１には、２次巻線１０３ｂが設けられている。
【００３３】
図４は、導光体Ｐ３の詳細な構成を示す斜視図である。導光体Ｐ３は、回転部側部材Ｐ１に取り付けられる第１の導光路Ｐ３ａと、固定部側部材Ｐ２に取り付けられる第２の導光路Ｐ３ｂとを有している。第１及び第２の導光路Ｐ３ａおよびＰ３ｂは、それぞれ、アクリルまたはガラス等の赤外線信号を通過させる導光路材料にて作られており、厚さがテーパーになった平板をリング状に曲げた形状を有する。
【００３４】
図５は、リング形状をなす各導光路Ｐ３ａ，Ｐ３ｂを、横方向に広げた様子を模式的に示す図であり、同図に示すように、第１の導光路Ｐ３ａは、下面がフラット面Ｐ３ａ１とされ、上面がテーパー面Ｐ３ａ２とされている。そして、導光路Ｐ３ａの一方の端部（図中左側）が幅広側端面Ｐ３ａ３とされ、他方の端部（図中右側）が幅狭側端面Ｐ３ａ４とされ、幅広側端面Ｐ３ａ３と幅狭側端面Ｐ３ａ４が連結されて、図４に示すようなリング形状が構成される。同様に、第２の導光路Ｐ３ｂは、上面がフラット面Ｐ３ｂ１とされ、下面がテーパー面Ｐ３ｂ２とされている。そして、導光路Ｐ３ｂの一方の端部（図中右側）が幅広側端面Ｐ３ｂ３とされ、他方の端部（図中左側）が幅狭側端面Ｐ３ｂ４とされ、幅広側端面Ｐ３ｂ３と幅狭側端面Ｐ３ｂ４が連結されて、図４に示すようなリング形状が構成される。
【００３５】
また、第１の導光路Ｐ３ａと第２の導光路Ｐ３ｂは、そのフラット面Ｐ３ａ１とフラット面Ｐ３ｂ１がほぼ並行になるように対向配置され、これらの間には、一定の間隔を有するエアギャップＧが形成されている。
【００３６】
さらに、図４に示すように、第１の導光路Ｐ３ａの幅広側端面Ｐ３ａ３と幅狭側端面Ｐ３ａ４の連結部分には段部Ｐ３ａ５が形成され、この段部Ｐ３ａ５は、ＬＥＤ等の発光素子からなる発光部１０８ｆおよびフォトダイオード等の受光素子からなる受光部１０８ｇが設置されることにより、発光部１０８ｆおよび受光部１０８ｇに対する光の入出射面として役立つ。同様に、第２の導光路Ｐ３ｂの幅広側端面Ｐ３ｂ３と幅狭側端面Ｐ３ｂ４の連結部分には段部Ｐ３ｂ５が形成され、この段部Ｐ３ｂ５は、ＬＥＤ等の発光素子からなる発光部１０８ｂおよびフォトダイオード等の受光素子からなる受光部１０８ｃが設置されることにより、発光部１０８ｂおよび受光部１０８ｃに対する光の入出射面として役立つ。
【００３７】
図５に示すように、第１の導光路Ｐ３ａの幅広側端面Ｐ３ａ３に、発光部１０８ｆより発せられた光信号が入射すると、この光信号は、第１の導光路Ｐ３ａの内部で、図中矢印に示すように、順次反射を繰り返しながら、幅狭側端面Ｐ３ａ４側に進む。この際、第１の導光路Ｐ３ａが台形形状をなしている（すなわち、フラット面Ｐ３ａ１とテーパー面Ｐ３ａ２とが平行でない）ことから、光信号の反射角は次第に小さくなる。つまり、図５に示す角度が、θ１，θ２，θ３と順次小さくなる。そして、この反射角が、ある大きさ（スネルの法則の臨界角度）に達すると、光信号は、第１の導光路Ｐ３ａ内で反射することができなくなり、エアギャップＧへ屈折透過され、第２の導光路Ｐ３ｂへ屈折入射される（図中矢印Ｙ１）。
【００３８】
第２の導光路Ｐ３ｂに入射した光信号は、入射面と反対側の境界面（すなわち、第２の導光路Ｐ３ｂのテーパー面Ｐ３ｂ２）に当たる際に、第２の導光路Ｐ３ｂが台形形状をなしていることから、わずかに上述の臨界角度以下となる。よって、第２の導光路Ｐ３ｂ内に入射した光信号は、第２の導光路Ｐ３ｂ内で反射を繰り返しながら、幅広側端面Ｐ３ｂ３側に進むことになり、受光部１０８ｃにて受光される。
【００３９】
なお、発光部１０８ｂより発せられた光信号は、同様に、第２の導光路Ｐ３ｂおよび第１の導光路Ｐ３ａを介して受光部１０８ｇにて受光される。
【００４０】
次に、第１のユニット側に設けられた通信制御回路１０９と、第２のユニット側に設けられた通信制御回路１０７と、光通信回路１０８とにより、通信装置が構成されている。
【００４１】
図６は、光通信回路１０８と、通信制御回路１０７および１０９の一部との構成を示すブロック図である。
【００４２】
光通信回路１０８は、第１のユニット側に配置された発光回路１０８ａ、発光部１０８ｂ、受光部１０８ｃおよび受光回路１０８ｄと、第２のユニット側に配置された発光回路１０８ｅ、発光部１０８ｆ、受光部１０８ｇおよび受光回路１０８ｈを含む。
【００４３】
通信制御回路１０７は、受電回路１０４の出力電圧が直流電源として供給されて動作するマイコン等で構成され、パラレル／シリアル変換部１０７ａと、ゲインコントロール部１０７ｂとを含む。パラレル／シリアル変換部１０７ａは、第２のユニット側から入力されるパラレル形式の入力信号をシリアル形式の出力信号に変換して光通信回路１０８の発光回路１０８ｅに供給すると共に、光通信回路１０８の受光回路１０８ｈからのシリアル形式の出力信号がゲインコントロール部１０７ｂを介して入力されて、第２のユニット側にパラレル形式の出力信号として供給する。
【００４４】
同様に、通信制御回路１０９は、バッテリ１０１からの直流電源電圧が供給されて動作するマイコン等で構成され、パラレル／シリアル変換部１０９ａと、ゲインコントロール部１０９ｂとを含む。パラレル／シリアル変換部１０９ａは、第１のユニット側から入力されるパラレル形式の入力信号をシリアル形式の出力信号に変換して光通信回路１０８の発光回路１０８ａに供給すると共に、光通信回路１０８の受光回路１０８ｄからのシリアル形式の出力信号がゲインコントロール部１０９ｂを介して入力されて、第１のユニット側にパラレル形式の出力信号として供給する。
【００４５】
ここで、再び図１を参照すると、エアバッグセンサ部１１７は、車両の衝突を検出する衝突センサ１１８と、衝突センサ１１８からの検出信号に基づいて、エアバッグを作動させる必要があると判定した場合にエアバッグインフレータ１０５を作動させるためのエアバッグ信号を出力するエアバッグ信号発生回路１１９とを備えている。エアバッグ信号発生回路１１９から出力されるエアバッグ信号は、通信制御回路１０９に供給される。
【００４６】
次に、上述の構成を有する電力・信号伝送装置の動作を概略的に説明する。図１において、発振回路１１４は、所定の周波数を有する発振出力パルス信号を発生し、駆動回路１１５は、発振回路１１４から供給されたパルス信号に基づき、図７に示すように、ある適切な休止期間ｔ１，ｔ２を持った交互パルス信号ＶＧ１，ＶＧ２を作り出す。交互パルス信号ＶＧ１は、ローサイドＮチャンネルＦＥＴ１１２のゲートに入力され、交互パルス信号ＶＧ２は、ハイサイドＮチャンネルＦＥＴ１１１のゲートに入力され、それにより、ＮチャンネルＦＥＴ１１１および１１２は、所定のオン・オフ周波数でターンオン、ターンオフするようにスイッチング制御される。
【００４７】
バッテリ１０１の直流電圧は、昇圧回路１１０で昇圧され、昇圧された入力電圧は、ＮチャンネルＦＥＴ１１１，１１２により上述のオン・オフ周波数交互にスイッチングされ、パルス状の電圧に変換される。通常、このパルス状の電圧を利用し、出力トランス１０３は、その１次巻線１０３ａから２次巻線１０３ｂへ電力を伝送するが、ここで非接触の電力伝送のために出力トランス１０３として用いられる回転型トランスは、組み付け構造上存在する無視できないエアギャップＧを持っており、漏洩磁束が非常に大きい。その漏洩磁束による漏れインダクタンスにより有効電力が減少（力率の悪化）、伝送可能な電力が非常に小さくなるという問題がある。
【００４８】
そこで、本発明では、漏洩磁束による力率の悪化を抑えるため、共振コンデンサ１１３と出力トランス１０３の１次巻線１０３ａとによる（電圧と電流の位相が一致する）ＬＣ直列共振により力率を改善する。
【００４９】
しかし、出力トランス１０３の性質上（磁気的に結合している状態）、受電側に接続される負荷の変動によって、１次側巻線１０３ａの電源から見たインダクタンスが変化する。つまり、１次巻線１０３ａの巻数が一定でも、２次巻線１０３ｂに接続される負荷の軽重によって上述のインダクタンスが変化する。そのため、全ての負荷状態において共振を維持することは不可能である。
【００５０】
そこで、本発明では、上述の性質を利用し、たとえばエアバッグインフレータ１０５のような大電力を必要とする特定の負荷が接続された際の１次巻線１０３ａのインダクタンスと、共振コンデンサ１１３とで決定される共振周波数が、オン・オフ周波数と一致するように、共振コンデンサ１１３の容量値を決定する。共振時は、出力トランス１０３の１次巻線１０３ａと共振コンデンサ１１３のリアクタンスが一致することから、共振コンデンサ１１３の容量値を容易に求めることができる。
【００５１】
このような設定により、特定の負荷として、エアバッグインフレータ１０５のような重負荷が接続された場合、オン・オフ周波数が一定でも、自動的にオン・オフ周波数と上述の共振周波数が一致して共振状態に入る（力率最大）ことで、大電力の非接触伝送が可能となる。
【００５２】
すなわち、重負荷時には、給電回路１０２は、オン・オフ周波数が共振周波数に一致した状態で給電するので、共振作用により、ＮチャンネルＦＥＴ１１１および１１２のスイッチング電流波形は正弦波状となり、ターンオン、ターンオフ時のゼロ電流スイッチングが可能となり、スイッチング損失が低減される。そして、重負荷時では共振するため、電源から見たインピーダンスが最小となり、電流が多く流れ、負荷に大電流を供給することができる。
【００５３】
一方、特定の負荷としてのエアバッグインフレータ１０５が接続されない場合、すなわち、負荷が軽負荷に変更された場合（大電力を必要としない負荷のみが接続されている場合）は、それに応じて１次巻線１０３ａのインダクタンスが変化するので、上述の共振周波数は変化し、オン・オフ周波数とは一致しないので共振状態を外れる。その結果、負荷に供給できる電力が制限されるため、出力電圧の上昇が抑えられる。
【００５４】
重負荷時（すなわち、エアバッグインフレータ１０５の動作時）の電圧および電流の波形を図８（Ａ）に示し、軽負荷時（すなわち、エアバッグインフレータ１０５の不動作時）の電圧および電流の波形を図８（Ｂ）に示す。
【００５５】
また、エアギャップＧが変動（インダクタンス値が変動）しても、出力電圧をある一定の範囲に収めるために、Ｑ＝（√（Ｌ／Ｃ））／Ｒで定義されるＱを、最適に調整する必要がある。ここで、Ｌは出力トランス１０３の１次巻線のインダクタンス、Ｃは共振コンデンサ１１３のキャパシタンス、Ｒは出力トランス１０３の１次巻線の内部抵抗である。
【００５６】
たとえば、Ｑを低く設定すると、ギャップ変動に対して強くなるが、重負荷に必要な電力を供給できない。また、Ｑを高く設定すると、わずかなギャップ変動で共振が取れなくなり、十分な出力が得られない。したがって、適度な範囲のギャップ変動に対応しつつ、軽負荷時には、適度に出力電圧が得られる程度に共振がずれることが好ましい。
【００５７】
次に、上述の構成を有する電力・信号伝送装置の動作を詳細に説明する。図１において、発振回路１１４は、所定の周波数を有する発振出力パルス信号を発生しており、駆動回路１１５は、発振回路１１４から供給されたパルス信号に基づき、図７に示すようにある適切な休止期間ｔ１，ｔ２を持った交互パルス信号ＶＧ１，ＶＧ２を作り出す。交互パルス信号ＶＧ１は、ローサイドＮチャンネルＦＥＴ１１２のゲートに入力され、交互パルス信号ＶＧ２は、ハイサイドＮチャンネルＦＥＴ１１１のゲートに入力され、それにより、ＮチャンネルＦＥＴ１１１および１１２は、所定のオン・オフ周波数でターンオン、ターンオフするようにスイッチング制御される。
【００５８】
そこで、衝突センサ１１８で車両の衝突が検出され、衝突センサ１１８からの検出信号に基づいて、エアバッグを作動させる必要があると判定した場合にエアバッグ信号発生回路１１９からエアバッグ信号が出力されると、通信制御回路１０９に供給され、第１のユニット側から光通信回路１０８の発光部１０８ｂ、導光体Ｐ３（図１では図示していない）および受光部１０８ｇを介して第２のユニット側の通信制御回路１０７に伝送される。通信制御回路１０７は、伝送されたエアバッグ信号をエアバッグインフレータ１０５に供給する。
【００５９】
エアバッグインフレータ１０５は、通信制御回路１０７から供給されたエアバッグ信号に応答して、点火装置（スクイブ）に受電回路１０４の出力が通電され、エアバッグ（図示しない）を膨らませる。
【００６０】
このとき、エアバッグインフレータ１０５の作動により特定の負荷が接続された状態となるため、給電回路１０２は、オン・オフ周波数が共振周波数に一致した状態で給電するので、共振作用により、ＮチャンネルＦＥＴ１１１および１１２のスイッチング電流波形は正弦波状となり、ターンオン、ターンオフ時のゼロ電流スイッチングが可能となり、出力トランス１０３の１次巻線１０３ａに正弦波状の電流が多く流れる（図８（Ａ）参照）。その結果、受電回路１０４は、給電回路１０２より大電力を受電し、整流後、エアバッグインフレータ１０５の点火装置（スクイブ）に十分な大電流を流すことができる。
【００６１】
次に、エアバッグインフレータ１０５の不作動時は、共振周波数は、駆動回路１１５から出力される交互パルス信号のオン・オフ周波数と一致しなくなり、給電回路１０２は、オン・オフ周波数が共振周波数に一致しない状態で給電するので、出力トランス１０３の１次巻線１０３ａに流れる電流は少なくなる（図８（Ｂ）参照）。その結果、受電回路１０４は、給電回路１０２より小電力を受電し、整流後、軽負荷（通信制御回路１０７を含む）に供給することができる。
【００６２】
なお、このような軽負荷の場合のオン・オフ周波数は、共振周波数より低い周波数または高い周波数のどちらかにずれるように設定することができる。この実施の形態では、オン・オフ周波数が所定の周波数を共振周波数より低い周波数になるように設定されているので、図８（Ｂ）に示す小電力時（すなわち、軽負荷時）の電圧は、図８（Ａ）に示す大電力時（すなわち、重負荷時）の電圧波形よりパルス幅が広い波形となる。
【００６３】
このように、本発明では、負荷変動時に自動的に共振状態が変化するため、送電側、受電側共に特別な制御は不用である。また、出力電圧がある一定の範囲内に収まるため、受電側から出力電圧をフィードバックする必要が無く、コストの面でも有利である。重負荷時にはコイル電流波形が正弦波になるため、低ノイズであり、ゼロ電流スイッチング（スイッチングロスを最小にできる）が行われるため、高効率の電力伝送が可能となる。
【００６４】
なお、上述の構成において、第１のユニット側に配置されている通信制御回路１０９と第２のユニット側に配置されている通信制御回路１０７は、光通信回路１０８を介してエアバッグ信号以外の種々の信号を非接触で互いに伝送することができる。
【００６５】
たとえば、通信制御回路１０９には、スイッチ回路１２０が接続されると共に、通信制御回路１０７には制御装置１２１が接続され、スイッチ回路１２０からスイッチＯＮ信号が入力されると、通信制御回路１０９は、このスイッチＯＮ信号を光通信回路１０８の発光部１０８ｆ、導光体Ｐ３（図１では図示していない）および受光部１０８ｃを介して通信制御回路１０７へ伝送し、通信制御回路１０７は、受信したスイッチＯＮ信号に基づいて種々の制御装置１２１を駆動させることができる。
【００６６】
以上の通り、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。
【００６７】
たとえば、上述の実施の形態では、特定の負荷としてエアバッグインフレータが接続される場合について説明したが、本発明は、これに限らず、重負荷となり得る他の構成要素が接続された場合でも適用可能である。
【００６８】
また、上述の実施の形態では、車両の車体（ボディ）とステアリング間の非接触形態の電力や信号の伝送について説明しているが、本発明は、これに限らず、たとえば車体（ボディ）とスライドドア間等の他の場所での非接触形態の電力や信号の伝送にも適用可能であり、さらには、車両以外の物にも適用可能である。
【００６９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、フィードバック制御を必要としないため、フィードバック制御用の部品点数の削減が可能となり、低コストである。また、重負荷時、共振周波数によりゼロ電流スイッチングが達成されるので、高効率で大電力伝送が可能となる。また、共振型スイッチング電源を用いているため、低ノイズである。
【００７０】
請求項２記載の発明によれば、フィードバック制御を必要としないため、フィードバック制御用の部品点数の削減が可能となり、低コストである。また、エアバッグ作動時に、共振周波数によりゼロ電流スイッチングが達成されるので、高効率で大電力伝送が可能となる。また、共振型スイッチング電源を用いているため、低ノイズである。
【００７１】
請求項３記載の発明によれば、エアバッグ信号は電磁ノイズの影響を受けにくく、安定したエアバッグ作動が可能となる。
【００７２】
請求項４記載の発明によれば、車両の衝突時に確実にエアバッグ信号を出力し、エアバッグインフレータを作動させることができる。
【００７３】
請求項５記載の発明によれば、車両の車体とステアリング間の電力・信号の伝送を非接触で行うことができる。
【００７４】
請求項６記載の発明によれば、エアギャップのあるトランスに応用可能である。また、トランスのエアギャップ変動に強い。また、１つの出力トランスで、電磁誘導による電力伝送と光通信による信号伝送が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電力伝送装置を含む電力・信号伝送装置の実施の形態を示す構成図である。
【図２】図１の電力・信号伝送装置における出力トランスの構造例を説明する図であり、トランスがステアリングと車体（ボディ）側のコラムとの連結部分に搭載される様子を示す図である。
【図３】出力トランスの構造例を説明する断面図である。
【図４】出力トランスにおける導光体の詳細な構成を示す斜視図である。
【図５】図４の導光体を構成する導光路を、横方向に広げた様子を模式的に示す図である。
【図６】図１の電力・信号伝送装置における光通信回路と通信制御回路の一部との構成を示すブロック図である。
【図７】図１の電力・信号伝送装置における駆動回路の交互パルス信号の波形図である。
【図８】（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、図１の電力・信号伝送装置における重負荷時および軽負荷時の各部の電圧および電流の波形図を示す。
【図９】従来の電力伝送装置の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０１　　バッテリ（直流電源）
１０２　　給電回路
１０３　　出力トランス
１０３ａ　１次巻線
１０３ｂ　２次巻線
１０４　　受電回路
１０５　　エアバッグインフレータ（特定の負荷）
１０７　　通信制御回路
１０８　　光通信回路
１０８ｂ　発光部
１０８ｃ　受光部
１０８ｆ　発光部
１０８ｇ　受光部
１０９　　通信制御回路
１１０　　昇圧回路
１１１　　ＮチャンネルＦＥＴ（スイッチング素子）
１１２　　ＮチャンネルＦＥＴ（スイッチング素子）
１１３　　共振コンデンサ
１１４　　発振回路（制御手段の一部）
１１５　　駆動回路（制御手段の一部）
１１６　　ハイサイドドライブ用チャージポンプ
１１７　　エアバッグセンサ部
１１８　　衝突センサ
１１９　　エアバッグ信号発生回路
１２０　　スイッチ回路
１２１　　制御装置
【図１】
2004080844.tif 000003
【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】
2004080844.tif 000008
【図７】
2004080844.tif 000009
【図８】
2004080844.tif 000010
【図９】
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