(57)【要約】      （修正有）【課題】受電側に広い入力電圧に対応した定電圧制御回路を付加する必要のない非接触電力伝送装置を提供する。【解決手段】非接触電力伝送装置の受電側の整流回路を構成する第１から第４のダイオード１２〜１５各々に並列に第５から第８のスイッチ素子２０〜２３を接続し、送電側の第１と第４のスイッチ素子３、６の組と第２と第３のスイッチ素子４、５の組を交互にオン・オフさせる信号に同期させて、第５と第６のスイッチ素子２０、２１の組と第７と第８のスイッチ素子２２、２３の組を交互にオン・オフさせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と第１のコンデンサと前記直流電源に並列に接続された第１と第２のスイッチ素子からなる直列回路と前記直流電源に並列に接続された第３と第４のスイッチ素子からなる直列回路と前記第１と前記第４のスイッチ素子の組と前記第２と前記第３の素子の組を交互にオン・オフさせる発振制御回路と前記第１と前記第２のスイッチ素子の接続点と前記第３と前記第４のスイッチ素子の接続点の間に接続された送電コイルと送電コンデンサからなる直列回路と前記送電コイルと電磁気的に結合している受電コイルと受電コンデンサからなる直列回路と前記受電コイルと受電コンデンサからなる直列回路の一方の端子と前記第１のコンデンサの一方の端子の間に接続された第１のダイオードと前記受電コイルと受電コンデンサからなる直列回路の他方の端子と前記第１のコンデンサの他方の端子の間に接続された第２のダイオードと前記受電コイルと受電コンデンサからなる直列回路と前記第１のダイオードの接続点と前記第２のダイオードと前記第１のコンデンサの接続点の間に接続された第３のダイオードと前記受電コイルと受電コンデンサからなる直列回路と前記第２のダイオードの接続点と前記第１のダイオードと前記第１のコンデンサの接続点の間に接続された第４のダイオードからなる非接触電力伝送装置において、前記第１のダイオードに並列に第５のスイッチ素子を接続し、前記第２のダイオードに並列に第６のスイッチ素子を接続し、前記第３のダイオードに並列に第７のスイッチ素子を接続し、前記第４のダイオードに並列に第８のスイッチ素子を接続し、前記第１と前記第４のスイッチ素子の組のオン・オフに同期させて前記第５と前記第６のスイッチ素子の組をオン・オフさせ前記第２と前記第３のスイッチ素子の組のオン・オフに同期させて前記第７と前記第８のスイッチ素子の組をオン・オフさせる同期駆動回路を付加したことを特徴とする非接触電力伝送装置。
【請求項２】
前記第３のスイッチ素子を第２のコンデンサに置換え、前記第４のスイッチ素子を第３のコンデンサに置換えた請求項１記載の非接触電力伝送装置。
【請求項３】
前記第４のダイオードと前記第８のスイッチ素子からなる並列回路を第４のコンデンサに置換え、前記第２のダイオードと前記第６のスイッチ素子からなる並列回路を第５のコンデンサに置換えた請求項１または請求項２記載の非接触電力伝送装置。
【請求項４】
前記第１のコンデンサの電圧を安定化させるために前記同期駆動回路が発生するパルスの幅を制御するＰＷＭ回路を付加した請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の非接触電力伝送装置。
【請求項５】
前記受電コイルと受電コンデンサからなる直列回路を前記受電コイルと受電コンデンサからなる並列回路に置換えた請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の非接触電力伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明はスイッチング電源に関し、特に非接触電力伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来の非接触電力伝送装置として、特許公開２００２−３５４７１１が提供した方法がある。その実施例として示されている回路図の１例を図６に示す。
図６において高周波発生器１０１が送電コイル１０２に高周波電流を供給し、送電コイル１０２に電磁気的に結合している受電コイル１０３が受電し、それを整流器１０４が直流に変換し、リアクトル１０５とスイッチ素子１０６とダイオード１０７とコンデンサ１０８からなる昇圧チョッパが定電圧化している。
非接触電力伝送装置は送電側と受電側が切り離されているため、コンデンサ１０８の電圧を送電側に帰還して制御することはできない。
図６に示されている回路は整流器１０４とコンデンサ１０８の間に昇圧チョッパによる定電圧制御回路を挿入しているが、整流器１０４の出力電圧は負荷が無負荷のときは回路の共振条件にもよるが高い電圧まで上昇するので、定電圧制御回路は広い入力電圧に対して出力電圧を安定化しなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  本発明は受電側の整流回路に直流電圧を安定化させる機能を持たせ、これにより受電側に広い入力電圧に対応した定電圧制御回路を付加する必要のない非接触電力伝送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】
【０００４】  請求項１記載の発明は、直流電源と、第１のコンデンサと、直流電源に並列に接続された第１と第２のスイッチ素子からなる直列回路と、直流電源に並列に接続された第３と第４のスイッチ素子からなる直列回路と、第１のスイッチ素子と第４のスイッチ素子の組と第２のスイッチ素子と第３のスイッチ素子の組を交互にオン・オフさせる発振制御回路と、第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子の接続点と第３のスイッチ素子と第４のスイッチ素子の接続点の間に接続された送電コイルと送電コンデンサの直列回路と、送電コイルと電磁気的に結合している受電コイルと受電コンデンサからなる直列回路と、受電コイルと受電コンデンサの直列回路の一方の端子と第１のコンデンサの一方の端子の間に接続された第１のダイオードと、受電コイルと受電コンデンサの直列回路の他方の端子と第１のコンデンサの他方の端子の間に接続された第２のダイオードと、受電コイルと受電コンデンサからなる直列回路と第１のダイオードの接続点と第２のダイオードと第１のコンデンサの接続点の間に接続された第３のダイオードと、受電コイルと受電コンデンサからなる直列回路と第２のダイオードの接続点と第１のダイオードと第１のコンデンサの接続点の間に接続された第４のダイオードからなる非接触電力伝送装置において、第１のダイオードに並列に第５のスイッチ素子を接続し、第２のダイオードに並列に第６のスイッチ素子を接続し、第３のダイオードに並列に第７のスイッチ素子を接続し、第４のダイオードに並列に第８のスイッチ素子を接続し、第１のスイッチ素子と第４のスイッチ素子の組のオン・オフに同期させて第５のスイッチ素子と第６のスイッチ素子の組をオン・オフさせ、第２のスイッチ素子と第３のスイッチ素子の組のオン・オフに同期させて第７のスイッチ素子と第８のスイッチ素子の組をオン・オフさせる同期駆動回路を付加した。【０００５】  請求項２記載の発明は、請求項１記載の第３のスイッチ素子を第２のコンデンサに置換え、第４のスイッチ素子を第３のコンデンサに置換えた。【０００６】  請求項３記載の発明は請求項１または請求項２記載の第４のダイオードと第８のスイッチ素子からなる並列回路を第４のコンデンサに置換え、第２のダイオードと第６のスイッチ素子からなる並列回路を第５のコンデンサに置換えた。【０００７】  請求項４記載の発明は請求項１ないし請求項３記載の同期駆動回路が発生するパルスの幅を制御するＰＷＭ回路を付加した。【０００８】  請求項５記載の発明は請求項１ないし４記載の受電コイルと受電コンデンサからなる直列回路を受電コイルと受電コンデンサからなる並列回路に置換えた。
【発明を実施するための最良の形態】
【発明の効果】
【０００９】  本発明の非接触電力伝送装置は受電側に定電圧制御回路を必要としないので、効率が改善され、受電側の装置内部のスペースが空き、コストが下がった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】  発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１１】  図１は請求項１記載の発明の実施例を示す回路図である。
図において、１は直流電源、２は第１のコンデンサ、３〜６は第１ないし第４のＭＯＳＦＥＴ、７は発振制御回路、８は送電コイル、９は送電コンデンサ、１０は受電コイル、１１は受電コンデンサ、１２〜１５は第１ないし第４のダイオード、２０〜２３は第５ないし第８のＭＯＳＦＥＴ、２４は同期駆動回路である。５１〜５８は電位が互いに異なるゲートに同一信号源からの信号を加えるための絶縁バッファである。【００１２】  図１の発振制御回路７は第１のＭＯＳＦＥＴ３と第４のＭＯＳＦＥＴ６の組と第２のＭＯＳＦＥＴ４と第３のＭＯＳＦＥＴ５の組を交互にオン・オフする。２つの組が同時にオン状態になることを防ぐために両方が共にオフ状態になる期間を設けている。この期間をデッドタイムと呼ぶ。【００１３】  発振制御回路７の発振周期は送電側と受電側の電磁的な結合によって決まる共振周期に近い値を選ぶので電流は正弦波になる。【００１４】  同期駆動回路２４は受電コイル１０と受電コンデンサ１１の直列回路両端の電圧の極性が切替るタイミングをとらえて所定のパルス幅のパルスを発生する。【００１５】  送電コイルと受電コイルの結合度が低いので、図１の場合は第２のＭＯＳＦＥＴ４と第３のＭＯＳＦＥＴ５の組がオン状態からターンオフしたときに受電側の第１のダイオード１２と第２のダイオード１３の組が導通する極性になる。そこで、受電コイル１０と受電コンデンサ１１からなる直列回路両端の電圧が第１のダイオード１２と第２のダイオード１３が導通する極性に切替るタイミングからデッドタイム分だけ遅らせて、第５のＭＯＳＦＥＴ２０と第６のＭＯＳＦＥＴ２１をターンオンさせるパルスを発生させると送電側の発振制御回路７が第１のＭＯＳＦＥＴ３と第４のＭＯＳＦＥＴ６の組をターンオンさせるパルスと同期する。【００１６】  図５は発振制御回路７が発生するパルスと、受電コイル１０と受電コンデンサ１１からなる直列回路両端に生じる電圧と、同期駆動回路２４が発生するパルスの波形を示している。図中のＴｏｎ１とＴｄ１は発振制御回路７が作り出しているパルス幅とデットタイムであり、Ｔｏｎ２とＴｄ２は同期駆動回路２４が作り出しているパルス幅とデットタイムである。Ｔｄ２の値はＴｄ１の値と同じである。【００１７】  同期駆動回路２４は送電側の発振制御回路のオン期間が終わる前にターンオフさせるのでＴｏｎ２の値はＴｏｎ１の値より小さくなる。【００１８】  第１のコンデンサ２から負荷に流れる電流が軽くなると、従来の方式では第１ないし第４のダイオードを流れる幅が狭く波高値の高い電流によって第１のコンデンサの電圧が上昇する。整流回路回路がダイオードだけで構成されているといったん上昇した電圧は軽負荷の場合下がりにくい。
一方、本発明ではダイオードに並列にスイッチ素子を接続し、このスイッチ素子を強制的にオンさせるので第１のコンデンサ２から送電側にエネルギー回生がなされ、これによって電圧の上昇が抑えられる。【００１９】  同期駆動回路のオン期間を適当に選ぶことにより第１のコンデンサ２の電圧を無負荷のときにも所定の値以下に保つことができる。第１のコンデンサ２に負荷を接続すれば負荷に安定した電圧を供給できる。【００２０】  図２は請求項２記載の発明の実施例を示す回路図である。図１と共通する部品は図１の符号をそのまま用いている。図において、第２のコンデンサ２５と第３のコンデンサ２６は直流電源１の電圧を２等分している。両コンデンサは送電コンデンサ９の容量より大きい値が選ばれているので回路の共振周期に影響を与えない。【００２１】  図３は請求項３記載の発明の実施例を示す回路図である。図１と共通する部品は図１の符号をそのまま用いている。図において第４のコンデンサ２７は第１のダイオード１２が導通したときに充電される。第５のコンデンサ２８は第３のダイオード１５が導通したときに充電される。第１のコンデンサ２は第４と第５のコンデンサの合成された電圧が充電される。【００２２】  図２ないし図３において発振制御回路７と同期駆動回路２４の動作は図１のそれと同じ。【００２３】  図４は請求項３記載の発明の実施例を示す回路図である。図１と共通する部品は図１の符号をそのまま用いている。
図において、ＰＷＭ回路２９は第１のコンデンサ２両端の電圧を監視し基準電圧より高ければ同期駆動回路２４が発生するパルス幅を長くし、第５ないし第８のスイッチ素子の各々のオン期間を長くする。第５ないし第８のスイッチ素子各々のオン期間が長くなれば、受電側から送電側に戻る電力が増え、第１のコンデンサ２の電圧は下がる。これにより第１のコンデンサ２の電圧の安定さは増す。【００２４】  図５は請求項５記載の発明の実施例を示す回路図である。図１と共通する部品は図１の符号をそのまま用いている。【００２５】  図１ないし図５において、第５ないし第８のスイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴを選んだので、第１ないし第４のダイオードをＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードで代用させることにより省略することもできる。
【産業上の利用の可能性】
【００２６】  従来の非接触電力伝送装置がかかえていた１つの課題である負荷に加える電圧の安定化に関して新しい手段が提供できる。これにより、非接触電力伝送装置は普及しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の１つの実施例を示す回路図である。
【図２】本発明の１つの実施例を示す回路図である。
【図３】本発明の１つの実施例を示す回路図である。
【図４】本発明の１つの実施例を示す回路図である。
【図５】本発明の１つの実施例を示す回路図である。
【図６】図１の回路図の波形図である。
【図７】従来方式の１例を示す回路図である。
【符号の簡単な説明】
【００２８】  １  直流電源
２  コンデンサ
３〜６  ＭＯＳＦＥＴ
７  発振制御回路
８  送電コイル
９  コンデンサ
１０  受電コイル
１１  コンデンサ
１２〜１５  ダイオード
２０〜２３  ＭＯＳＦＥＴ
２４  同期駆動回路
２５〜２８  コンデンサ
２９  ＰＷＭ回路
５１〜５８  絶縁バッファ
１０１  高周波電源
１０２，１０３  コイル
１０４  ブリッジ整流器
１０５  リアクトル
１０６  スイッチ素子
１０７  ダイオード
１０８  コンデンサ
１０９  負荷
１１２，１１３  コンデンサ
【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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