(57)【要約】      （修正有）【課題】自励式の発振回路を用いた簡単な回路構成をもとに、送電側から高効率な電力供給を可能とする受電側への伝達距離の延長を可能とする。【解決手段】送電側共振部１からトランス３を経由して受電側共振部２に非接触で電力供給を行うにあたり、送電側共振部の自励式発振回路１０は、トランスを構成する送電側一次コイルＬ1の第１の（＋）端子Ｔ1a及び第１の（−）端子Ｔ1b間に並列接続されたコンデンサＣが有する共振周波数の電圧が生成され、この電圧をもとに送電側二次コイルＬ2の第１の（＋）端子Ｔ2a及び第２の（−）端子Ｔ2b間に誘導電圧が発生し、第１、第２のスイッチング素子ＦＥＴ1、ＦＥＴ2のゲート側にフィードバックで印加することにより、この誘起電圧を増幅したドレイン電圧を発生させ、送電側一次コイルの第１の（＋）端子及び第１の（−）端子間に印加するまでの動作を繰り返す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電側共振部（１）からトランス（３）を経由して受電側共振部（２）に非接触で電力供給を行う非接触給電装置であって、
前記トランスは、磁気結合される送電側一次コイル（Ｌ1）及び送電側二次コイル（Ｌ2）と、前記送電側一次コイルから伝達される電源を受電するための受電側コイル（Ｌ3）とを有し、
前記送電側共振部は、直流電圧（Ｖ0）を分圧するための第１、第２の分圧抵抗（Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4）と、前記トランスのリファレンスを確保するために前記送電側一次コイルの中点端子（Ｔ1c）に前記直流電圧を印加するためのリファレンス回路（ＲＦＣ）と、前記第１、第２の分圧抵抗の出力電圧がゲート側に印加され、前記送電側一次コイルの第１の（＋）端子（Ｔ1a）及び前記中点端子間、第１の（−）端子（Ｔ1b）及び前記中点端子間のそれぞれの印加電圧を増幅してドレイン電圧を生成するための第１、第２のスイッチング素子（ＦＥＴ1、ＦＥＴ2）、前記送電側一次コイルの前記（＋）端子及び前記（−）端子間に並列接続されるコンデンサ（Ｃ）で構成される自励式発振回路（１０）とを備え、
前記自励式発振回路を構成する前記コンデンサにより発生する電圧をもとに前記送電側二次コイルの第２の（＋）端子（Ｔ2a）及び第２の（−）端子（Ｔ2b）間に誘導電圧を発生させ、前記誘電電圧を前記第１、第２のスイッチング素子のゲート側にフィードバックで印加することにより、前記送電側一次コイルの前記（＋）端子及び前記（−）端子間に前記ドレイン電圧を印加することを特徴とする非接触給電装置。
【請求項２】
前記送電側一次コイル及び前記送電側二次コイルは、空芯コイルで形成されることを特徴とする請求項１記載の非接触給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴型の非接触給電装置に係り、特に、自励式の発振回路を有する非接触給電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、この種の非接触給電装置として、例えば、特許文献１に記載の電磁誘導型の非接触電源装置によれば、電力供給側で磁気結合されるコイルとして、共振特性を表すＱ値が低いコア・トランスを使用している。
【０００３】
また、特許文献２に記載の電磁誘導の磁気共鳴現象を用いた非接触電力伝送装置によれば、給電側磁気共鳴コイルの共振周波数と受電側コイル磁気共鳴コイルの共振周波数とを正確に一致させるための他励式の発振回路を使用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１７５３７９号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５４７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、背景技術に記載した特許文献１に記載の非接触電源装置においては、電力供給側で磁気結合されるコイルが有するQ値が低いため、給電（送電）側から高効率な電力供給を可能とする受電側への伝達距離が短くなる難点があった。
【０００６】
一方、特許文献２に記載の非接触電力伝送装置においては、例えば、図３のブロック図に示すように、給電（送電）側で必要とされる各種の回路５０１、５０２、５０３、５０４、５０５のうち、発振回路５０１の発振周波数と共振回路５０４の共振周波数とを正確に一致させるための制御回路５０５が必要となり、回路構成が複雑となるばかりでなく、このような制御が行われないと、給電（送電）側から受電側への電力供給の効率が低下する難点があった。
【０００７】
本発明は、これらの難点を解消するためになされたもので、自励式の発振回路を用いた簡単な回路構成をもとに、送電側から高効率な電力供給を可能とする受電側への伝達距離を延長させた磁気共鳴型の非接触給電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の目的を達成するため、本発明の第１の態様である非接触給電装置は、送電側共振部からトランスを経由して受電側共振部に非接触で電力供給を行う非接触給電装置である。トランスは、磁気結合される送電側一次コイル及び送電側二次コイルと、送電側一次コイルから伝達される電源を受電するための受電側コイルとを有している。送電側共振部は、直流電圧を分圧するための第１、第２の分圧抵抗と、トランスのリファレンスを確保するために送電側一次コイルの中点端子に直流電圧を印加するためのリファレンス回路と、第１、第２の分圧抵抗の出力電圧がゲート側に印加され、送電側一次コイルの第１の（＋）端子及び中点端子間、第１の（−）端子及び中点端子間のそれぞれの印加電圧を増幅してドレイン電圧を生成するための第１、第２のスイッチング素子、送電側一次コイルの第１の（＋）端子及び第１の（−）端子間に並列接続されるコンデンサで構成される自励式発振回路とを備えている。自励式発振回路を構成するコンデンサにより発生する電圧をもとに送電側二次コイルの第２の（＋）端子及び第２の（−）端子間に誘導電圧を発生させ、誘電電圧を第１、第２のスイッチング素子のゲート側にフィードバックで印加することにより、送電側一次コイルの第１の（＋）端子及び第２の（−）端子間にドレイン電圧を印加するものである。
【０００９】
また、本発明の第２の態様である非接触給電装置は、本発明の第１の態様において、送電側一次コイル及び送電側二次コイルは、空芯コイルで形成されるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の非接触給電装置によれば、発振周波数と共振周波数を正確に一致させるような所定の調整工程が不要な自励式の発振回路を用いた簡単な回路をもとに送電側共振部を構成することにより、送電側共振部から高効率な電力供給を可能とする受電側共振部への伝達距離を延長できる。
【００１１】
また、本発明の非接触給電装置によれば、送電側共振部を構成する自励式の発振回路として、コア・トランスが不要な磁気結合型の空芯コイルを用いることにより、共振特性を表すＱ値を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施例による非接触給電装置の具体的な構成を示す電気回路図である。
【図２】本発明の実施例による非接触給電装置において適用されるコイルをプリント基板上に実実装させた具体的なパターンを示す図であり、図２（Ａ）は、プリント基板の一方の面側であるＡ面のパターン図、図２（Ｂ）は、プリント基板の他方の面側であるＢ面のパターンをＡ面側から透視した図である。
【図３】図３は、従来例において適用される周波数（発振周波数、共振周波数）制御のためのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の非接触給電装置を適用した実施の形態例について、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施例による非接触給電装置の具体的な構成を示す電気回路図である。この非接触給電装置は、送電側共振部１からトランス３を経由して受電側共振部２に非接触で電力供給を行うものである。
【００１５】
トランス３は、磁気結合される送電側一次コイルＬ1及び送電側二次コイルＬ2と、送電側一次コイルＬ1から伝達される電源を受電するための受電側コイルＬ2とを有しており、送電側一次コイルＬ1及び送電側二次コイルＬ2は、空芯コイルで形成されている。
【００１６】
送電側共振部１には、第１の分圧抵抗Ｒ1、Ｒ2、第２の分圧抵抗Ｒ3、Ｒ4及びリファレンス回路ＲＦＣと、第１、第２のスイッチング素子ＦＥＴ1、ＦＥＴ2、（共振）コンデンサＣを有する自励式発振回路１０とが備えられている。
【００１７】
この送電側共振部１０において、第１の分圧抵抗Ｒ1、Ｒ2及び第２の分圧抵抗Ｒ3、Ｒ4はそれぞれ、直流電圧Ｖ0を分圧するためのものであり、直列接続された第１の分圧抵抗Ｒ1、Ｒ2間には、自励式発振回路１０を構成する第１のスイッチング素子ＦＥＴ1のゲートが接続されている。また、同様に直列接続された第２の分圧抵抗Ｒ3、Ｒ4間には、自励式発振回路１０を構成する第２のスイッチング素子ＦＥＴ2のゲートが接続されている。
【００１８】
また、送電側共振部１のリファレンス回路ＲＦＣは、例えば、チョークコイルで形成されており、トランス３のリファレンスを確保するために当該トランスを構成する送電側一次コイルＬ1の中点端子Ｔ1cに直流電圧Ｖ0を印加するものである。
【００１９】
送電側共振部１の自励式発振回路１０において、第１のスイッチング素子ＦＥＴ1は、第１の分圧抵抗Ｒ1、Ｒ2の出力電圧がゲート側に印加され、トランス３を構成する送電側一次コイルＬ1の第１の（＋）端子Ｔ1a及び中点端子Ｔ1c間の印加電圧を増幅してドレイン電圧を生成するためのものであり、そのソースは基準電位点に、そのドレインは送電側一次コイルＬ1の第１の（＋）端子Ｔ1aにそれぞれ接続されている。また、第２のスイッチング素子ＦＥＴ2は、第２の分圧抵抗Ｒ3、Ｒ4の出力電圧がゲート側に印加され、送電側一次コイルＬ1の第１の（−）端子Ｔ1b及び中点端子Ｔ1c間の印加電圧を増幅してドレイン電圧を生成するためのものであり、そのソースは基準電位点に、そのドレインは送電側一次コイルＬ1の第１の（−）端子Ｔ1bにそれぞれ接続されている。
【００２０】
また、送電側共振部１の自励式発振回路１０において、コンデンサＣは、トランス３を構成する送電側一次コイルＬ1の第１の（＋）端子Ｔ1a及び第１の（−）端子Ｔ1b間に並列接続されており、送電側二次コイルＬ2の第２の（＋）端子Ｔ2a及び第２の（−）端子Ｔ2b間に誘導電圧を発生させ、この誘電電圧を第１、第２のスイッチング素子ＦＥＴ1、ＦＥＴ2のゲート側にフィードバックで印加するためのものである。
【００２１】
このような構成の非接触給電装置によれば、送電側共振部１において、第１の分圧抵抗Ｒ1、Ｒ2を経由して直流電圧Ｖ0を分圧させた出力電圧Ｖ1は第１のスイッチング素子ＦＥＴ1のゲートに印加され、この出力電圧Ｖ1を増幅したドレイン電圧Ｖ10を発生させることにより、トランス３を構成する送電側一次コイルＬ1の第１の（＋）端子Ｔ1a及び第１の中点端子Ｔ1c間には、所定のドレイン電圧（Ｖ11＝）Ｖ10−Ｖ0が印加される。一方、第２の分圧抵抗Ｒ3、Ｒ4を経由して直流電圧Ｖ0を分圧させた出力電圧Ｖ2は第２のスイッチング素子ＦＥＴ2のゲートに印加され、この出力電圧Ｖ2を増幅したドレイン電圧Ｖ20を発生させることにより、送電側一次コイル３０の第１の（−）端子Ｔ1b及び第１の中点端子Ｔ1c間には、所定のドレイン電圧（Ｖ21＝）Ｖ20−Ｖ0が印加される。
【００２２】
また、送電側共振部１の自励式発振回路１０によれば、トランス３を構成する送電側一次コイルＬ1の第１の（＋）端子Ｔ1a及び第１の（−）端子Ｔ1b間に並列接続されたコンデンサＣが有する共振周波数の電圧が生成され、この電圧をもとに送電側二次コイルＬ2の第１の（＋）端子Ｔ2a及び第２の（−）端子Ｔ2b間に誘導電圧が発生し、第１、第２のスイッチング素子ＦＥＴ1、ＦＥＴ2のゲート側にフィードバックで印加することにより、送電側一次コイルＬ1の第１の（＋）端子Ｔ1a及び第１の（−）端子Ｔ1b間に前述のドレイン電圧Ｖ11、Ｖ21を印加することができ、このような動作を繰り返すことにより、安定した自励式の発振動作が可能となる。
【００２３】
前述までの説明から明らかな構成の自励式発振回路１０を送電側共振部１に備え、トランス３を構成する送電側一次コイルＬ1及び送電側二次コイルＬ2を空芯コイルで形成することにより、共振特性を表すＱ値を高めることができるばかりでなく、図３に示すような送電側において発振周波数と共振周波数とを正確に一致させるための制御機能（制御回路５０５）を必要とせず簡単な回路構成をもとに、送電側共振部１からトランス３を経由して受電側共振部２に非接触で高効率な電力供給を可能する際の伝達距離を延長させることができる。
【００２４】
また、コンデンサＣは、送電側一次コイルＬ1の第１の（＋）端子Ｔ１a及び第１の（−）端子Ｔ1b間に並列接続されるため、共振特性を表すＱ値を高めたまま任意の共振周波数を選択することができる。
【００２５】
なお、前述のようなトランス３を構成する送電側一次コイルＬ1及び送電側二次コイルＬ2は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すパターンでプリント基板Ｐ1上に実装される空芯コイルで形成され、図２（Ａ）は、プリント基板Ｐ1の一方の面であるＡ面のパターン図、図２（Ｂ）は、プリント基板Ｐ1の他方の面であるＢ面のパターンをＡ面側から透視した図である。
【００２６】
図２（Ａ）に示すプリント基板Ｐ1のＡ面には、第１の（＋）端子Ｔ1a及び第１の（−）端子Ｔ1b間が電気接続される送電側一次コイルＬ1が実装されており、具体的には、第１の（＋）端子Ｔ1aを始点として同心の外周から半周毎に内周に向かって当該コイル線路長の第１の中間点Ｔ10まで展開し、第１の中間点Ｔ10から同心に半周展開される第１のターンと、第１の（−）端子Ｔ1bを始点として同心の外周から半周毎に内周に向かって展開しながら配線されて第１の中間点Ｔ10に接続される第２のターンとを備える第１のパターンを有している。
【００２７】
この送電側一次コイルＬ1が有する第１のパターンにおいて、第１の（＋）端子Ｔ1aを始点とする線路と第１の（−）端子Ｔ1bを始点とする線路とがクロスオーバーする部分は、スルーホールＨ1を経由してプリント基板Ｐ1の他方の面側であるＢ面に設けられており、前述のように送電側一次コイルＬ1の巻き数がターン数に対応させた「２」で形成されているため、第１の（＋）端子Ｔ1aと第１の（−）端子Ｔ1bを近接した位置に実装することができ、第１のパターンの展開に伴い変化する共振特性を表すＱ値の劣化を容易に防止可能となる。
【００２８】
また、送電側一次コイルＬ1が有する第１のパターンによれば、プリント基板Ｐ1のＡ面のような片面のみでパターン展開されているため、浮遊容量を小さく抑えることができ、自己共振周波数を高くすることで使用可能な周波数の範囲を広く設定できる。
【００２９】
また、送電側一次コイルＬ1は、第１の（＋）端子Ｔ1aから第１の中間点Ｔ10までの距離と第１の（−）端子Ｔ1bから第１の中間点Ｔ10までの距離が等長で当該第１の（＋）端子及び第１の（−）端子の第１の中間点Ｔ10と同心を結ぶ線Ｌnによって対称構造で形成されているため、抵抗成分及びインダクタンス成分がそれぞれ等価となる電気的な中点端子Ｔ1cを設けることができる。
【００３０】
なお、送電側一次コイルＬ1において、前述の第１の中間点Ｔ10及び中点端子Ｔ1c間は、スルーホールＨ2を経由してプリント基板Ｐ1のＢ面にパターン形成されている。
【００３１】
一方、図２（Ｂ）に示すプリント基板Ｐ1のＢ面には、第２の（＋）端子Ｔ2a及び第２の（−）端子Ｔ2b間が電気接続される送電側二次コイルＬ2が実装されており、具体的には、第２の（＋）端子Ｔ2aを始点として同心の外周から半周毎に内周に向かって当該コイル線路長の第２の中間点Ｔ20まで展開し、第２の中間点Ｔ20から同心に半周展開される第３のターンと、第２の（−）端子Ｔ2bを始点として同心の外周から半周毎に内周に向かって展開しながら配線されて第２の中間点Ｔ20に接続される第４のターンとを備える第２のパターンを有しており、このリンクコイルＬ2によれば、前述の第３、第４のターンの当該ターン数に起因した巻き数「２」で形成されている。
【００３２】
この送電側二次コイルＬ2が有する第２のパターンにおいて、第２の（＋）端子Ｔ2aを始点とする線路と第２の（−）端子Ｔ2bを始点とする線路とがクロスオーバーする部分は、スルーホールＨ3を経由してプリント基板Ｐ1のＡ面に設けられており、前述のように送電側二次コイルＬ2の巻き数がターン数に対応させた「２」で形成されているため、第２の（＋）端子Ｔ2aと第２の（−）端子Ｔ2bを近接した位置に実装することができ、第２のパターンの展開に伴い変化する共振特性を表すＱ値の劣化を容易に防止可能となる。
【００３３】
また、送電側二次コイルＬ2が有する第２のパターンによれば、プリント基板Ｐ1のＢ面のような片面のみでパターン展開されているため、浮遊容量を小さく抑えることができ、自己共振周波数を高くすることで使用可能な周波数の範囲を広く設定できる。
【００３４】
なお、前述までの説明から明らかなように、第１のパターンを有する送電側一次コイルＬ1と第２のパターンを有する送電側二次コイルＬ2をそれぞれ、プリント基板Ｐ1のＡ面、Ｂ面にクロスオーバーしない位置に実装することができるため、このプリント基板Ｐ1を１層２面の当該基板で実現可能であって、低い製造コストによりコイル実装が可能となる。
【００３５】
本発明の非接触給電装置においては、特定の実施の形態をもって説明してきたが、この形態に限定されるものでなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られた如何なる構成の当該装置であっても採用できるということはいうまでもないことである。
【００３６】
例えば、本発明の実施例によれば、（プリント基板Ｐ1のＡ面に実装される）送電側一次コイルＬ1の巻き数として、「２」の巻き数の当該コイルを適用したが、この態様に限定されるものではなく、その巻き数を２以上の偶数で形成することもできる。
【符号の説明】
【００３７】
１……送電側共振部
１０……自励式発振回路
Ｃ……コンデンサ
Ｒ1、Ｒ2……第１の分圧抵抗
Ｒ3、Ｒ4……第２の分圧抵抗
ＲＦＣ……リファレンス回路
ＦＥＴ1……第１のスイッチング素子
ＦＥＴ2……第２のスイッチング素子
２……受電側共振部
３……トランス
Ｌ1……送電側一次コイル
Ｔ1a……第１の（＋）端子
Ｔ1b……第１の（−）端子
Ｔ1c……中点端子
Ｌ2……送電側二次コイル
Ｔ2a……第２の（＋）端子
Ｔ2b……第２の（−）端子
Ｌ3……受電側トランス
【図１】
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【図２】
2012175880.tif 000004
【図３】
2012175880.tif 000005