(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次コイルと前記１次コイルによって電圧を誘起される２次コイルとが分離着脱自在な構造を有するトランスを含み、前記１次コイルに並列もしくは直列に第１のコンデンサを接続し、前記２次コイルに負荷整合用の第２のコンデンサを接続して、前記１次コイルと第１のコンデンサとの共振作用による自由振動を利用した部分共振インバータ回路と、前記２次コイルの出力側に設けた負荷とで構成され、前記１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係の変化に伴う前記１次コイル側の磁気特性の変化に応じて、前記１次コイルに印加される電圧の周波数、振幅のうち少なくともいずれか一方を変化させて、前記２次コイルが負荷に供給する電圧または電流が所定値となるように、前記第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの静電容量値を設定することを特徴とする非接触電力伝達装置。
【請求項２】
２次コイルの出力側に、前記２次コイルの誘起電圧を整流するための整流回路を接続したことを特徴とする請求項１記載の非接触電力伝達装置。
【請求項３】
２次コイルは、センタータップを備え、整流回路は、前記２次コイルのセンタータップではない両出力端に直列に且つ互いに逆方向に接続する整流素子の前記２次コイルに接続していない各他端同士を接続した全波整流回路であることを特徴とする請求項２記載の非接触電力伝達装置。
【請求項４】
整流回路の出力側に電流平滑用のリアクトルを接続したことを特徴とする請求項２または３記載の非接触電力伝達装置。
【請求項５】
１次コイルと２次コイルとは互いに対向配置されていることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の非接触電力伝達装置。
【請求項６】
１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係の変化は、前記１次コイルと２次コイルとの磁気結合面に対して垂直方向の距離の変化であることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の非接触電力伝達装置。
【請求項７】
１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係の変化は、前記１次コイルと２次コイルとの磁気結合面に対して水平方向の距離の変化であることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の非接触電力伝達装置。
【請求項８】
１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係の変化は、前記１次コイルに対する前記２次コイルの回転方向の角度の変化であることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の非接触電力伝達装置。
【請求項９】
インバータ回路は、ハーフブリッジ構成であることを特徴とする請求項１乃至８いずれか記載の非接触電力伝達装置。
【請求項１０】
１次コイルに印加される電圧が自由振動を行わない非共振期間は、一定時間であり、前記１次コイルに印加される電圧が自由振動を行う部分共振期間は、前記１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係の変化に伴う前記１次コイル側の磁気特性の変化に応じて変化することを特徴とする請求項１乃至９いずれか記載の非接触電力伝達装置。
【請求項１１】
負荷は、定電圧負荷であることを特徴とする請求項１乃至１０いずれか記載の非接触電力伝達装置。
【請求項１２】
１次コイルと２次コイルとは絶縁物を介して配置され、前記１次コイルの配置位置が不特定であることを特徴とする請求項１乃至１１いずれか記載の非接触電力伝達装置。
【請求項１３】
１次コイルの配置位置が時間に応じて変動することを特徴とする請求項１２記載の非接触電力伝達装置。
【請求項１４】
１次コイルと２次コイルとは絶縁物を介して配置され、前記１次コイルの配置位置は固定、前記２次コイルの配置位置は時間に応じて変動することを特徴とする請求項１乃至１１いずれか記載の非接触電力伝達装置。
【請求項１５】
絶縁物は、ガラスであることを特徴とする請求項１２乃至１４いずれか記載の非接触電力伝達装置。
【請求項１６】
絶縁物は、プラスチックであることを特徴とする請求項１２乃至１４いずれか記載の非接触電力伝達装置。
【請求項１７】
絶縁物は、空気であることを特徴とする請求項１２乃至１４いずれか記載の非接触電力伝達装置。
【請求項１８】
１次コイルを屋内に配置し、２次コイルを屋外に配置して、屋内から屋外への電力伝達を行うことを特徴とする請求項１２記載の非接触電力伝達装置。
【請求項１９】
１次コイルを水槽の外側に配置し、２次コイルを前記水槽の内側に配置して、前記水槽の外側から内側への電力伝達を行うことを特徴とする請求項１２記載の非接触電力伝達装置。
【請求項２０】
１次コイルを窓の内側に配置し、２次コイルを前記窓の外側に配置して、前記窓の内側から外側への電力伝達を行って窓拭き装置を駆動させることを特徴とする請求項１３記載の非接触電力伝達装置。
【請求項２１】
暖房便座に２次コイルを配置して、前記暖房便座への電力伝達を行うことを特徴とする請求項１４記載の非接触電力伝達装置。
【請求項２２】
負荷に供給する出力の情報をインバータ回路にフィードバックし、前記インバータ回路を制御するフィードバック回路を付加したことを特徴とする請求項１乃至２１いずれか記載の非接触電力伝達装置。
【請求項２３】
２次コイルの出力側に、負荷に供給する電圧もしくは電流を安定させる安定化回路を付加したことを特徴とする請求項１乃至２１いずれか記載の非接触電力伝達装置。
【請求項２４】
負荷に、前記負荷に供給される電圧もしくは電流を安定させる安定化回路を付加したことを特徴とする請求項１乃至２１いずれか記載の非接触電力伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触電力伝達装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
分離着脱自在なトランスを含む高周波インバータによる電磁誘導作用を利用した非接触電力伝達の実用化が広く行われるようになった。非接触・無接点のメリットとして、第１に、金属接点が露出していないことによる信頼性と安全性の向上が上げられるが、その他のメリットとして、分離着脱自在なトランスの１次コイルと２次コイルとを置くだけ、合わせるだけで電力伝達を行うことができ、金属接点結合のように力を入れて圧接する必要がないことが挙げられる。これは、１次コイルを有する給電側である１次側と、２次コイルを有する負荷側である２次側との着脱が大変容易になることであり、例えば１次側の給電部を床上に設置している場合、２次側の受電部を１次側の給電部におくだけでよく、したがって省力化を行うことができる。
【０００３】
また、窓ガラスなどの絶縁物を介して電力を屋内から屋外に伝達する場合には、窓ガラスは広いため１次コイルを吸盤等で窓ガラスの任意の箇所に張り付け、窓ガラスの外側に１次コイルに対向して２次コイルを吸盤等で張り付ければよい。
【０００４】
この非接触送電、非接触充電のように電磁誘導作用を利用した非接触電力伝達装置は非常に便利であるが、デメリットとして１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係を、ガイド等を用いて精度良く保つ必要があり、この位置関係が少しずれると出力が大きく低下する問題があった。
【０００５】
図１４に示す従来の非接触電力伝達装置は、直流電源あるいは交流電源を整流した直流電源１０と、スイッチング素子を有しスイッチング素子をスイッチングさせることで直流電源１０からの直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路３と、コイル５ｃとコア５ｅとからなりインバータ回路３から高周波電圧を印加される１次コイル５ａと、コイル５ｄとコア５ｆとからなり１次コイル５ａにより高周波電圧を誘起される２次コイル５ｂと、２次コイル５ｂに誘起される高周波電圧を整流平滑して負荷電圧Ｖｏを出力する整流平滑回路６と、負荷電圧Ｖｏを供給される負荷９とから構成される。そして、１次コイル５ａと２次コイル５ｂとは、互いが分離着脱自在な構造を有するトランス５を構成し、１次コイル５ａ、２次コイル５ｂの軸方向をＺ方向、Ｚ方向に直交する方向をＸ方向、Ｚ方向及びＸ方向に直交する方向をＹ方向、Ｘ−Ｙ平面上の回転角をθとする。ここで、１次コイル５ａと２次コイル５ｂとを、互いに対向配置させた状態で、１次コイル５ａと２次コイル５ｂとの軸方向を一致させてＸ＝０ｍｍ、Ｙ＝０ｍｍとし、１次コイル５ａと２次コイル５ｂとのＺ方向の間隔をＺ＝２ｍｍとし、その位置で最も負荷電圧Ｖｏが大きいときの回転角をθ＝０度として、その位置を基準位置とする。
【０００６】
このとき、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、回転角θの位置を、各々単独に変化させたときの負荷電圧Ｖｏの変化を図１５〜１８に示す。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、回転角θの全てにおいて、基準位置からのずれが大きくなればなるほど負荷電圧Ｖｏは低下し、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、回転角θの変位量に反比例している。これは、１次コイル５ａと２次コイル５ｂとの磁気結合度が小さくなるために起こるものであり、通常、回路方式には依存しない共通の性質である。図１４では、１次コイル５ａ及び２次コイル５ｂは、Ｘ方向の長さが４０ｍｍ、Ｙ方向の長さが２８ｍｍの大きさを有しているが、この場合で１次コイル５ａと２次コイル５ｂとの相対的な位置関係のずれは、最大でも１ｍｍ程度までが限界であった。
【０００７】
図１４に示す非接触電力伝達装置よりも、さらに大きな位置ずれを許容させるには、図１９に示す非接触電力伝達装置を用いる。図１９に示す回路は、交流電源８からの交流入力を直流に変換するコンバータ回路２と、スイッチング素子を有しスイッチング素子をスイッチングさせることでコンバータ回路２からの直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路３と、インバータ回路３から高周波電圧を印加される１次コイル５ａと、１次コイル５ａにより高周波電圧を誘起される２次コイル５ｂ（１次コイル５ａと２次コイル５ｂとは、互いが分離着脱自在な構造を有するトランス５を構成する）と、２次コイル５ｂに誘起される高周波電圧を整流平滑して負荷電圧Ｖｏを出力する整流平滑回路６と、負荷電圧Ｖｏを供給される負荷９とからなる前記図１４と略同様の回路に、負荷電圧Ｖｏを検出し、検出結果に応じて１次側に検出信号をフィードバックする負荷電圧検出回路７と、負荷電圧検出回路７からフィードバックされた検出信号に応じて１次コイル５ａの両端電圧Ｖ１の周波数や振幅を可変制御させる信号をインバータ回路３に出力するスイッチング制御回路４を付加して、負荷電圧Ｖｏを安定させるものである。または、２次側に出力を安定させる安定化回路を単独に設けてもよい。しかし、これらの方法では、フィードバック制御を行うための回路や安定化回路を付加するために回路サイズ及び部品コストが増大するという問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、２次側から１次側へのフィードバック制御や２次側安定化回路を設けずに、少ない部品の回路を付加することで、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても２次側の出力を容易に安定させることができる非接触電力伝達装置の実現が望まれていた。
【０００９】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、２次側の出力を容易に安定させることができる低コストの非接触電力伝達装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、１次コイルと前記１次コイルによって電圧を誘起される２次コイルとが分離着脱自在な構造を有するトランスを含み、前記１次コイルに並列もしくは直列に第１のコンデンサを接続し、前記２次コイルに負荷整合用の第２のコンデンサを接続して、前記１次コイルと第１のコンデンサとの共振作用による自由振動を利用した部分共振インバータ回路と、前記２次コイルの出力側に設けた負荷とで構成され、前記１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係の変化に伴う前記１次コイル側の磁気特性の変化に応じて、前記１次コイルに印加される電圧の周波数、振幅のうち少なくともいずれか一方を変化させて、前記２次コイルが負荷に供給する電圧または電流が所定値となるように、前記第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの静電容量値を設定することを特徴とし、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、１次コイルに印加される電圧の周波数、振幅のうち少なくともいずれか一方を変化させて、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができ、また回路サイズ及び部品コストが増大することなく１次コイルと２次コイルとの位置決めの許容範囲が広がり、従来、位置決めのために必要としていたガイドを不要にしたり、ガイドをゆるめにすることができ、使い勝手を向上させることができる。また、負荷に出力可能な有効電力を増大させることができる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、２次コイルの出力側に、前記２次コイルの誘起電圧を整流するための整流回路を接続したことを特徴とし、２次コイルの誘起電圧を整流することができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、２次コイルは、センタータップを備え、整流回路は、前記２次コイルのセンタータップではない両出力端に直列に且つ互いに逆方向に接続する整流素子の前記２次コイルに接続していない各他端同士を接続した全波整流回路であることを特徴とし、整流回路を小型化することができ、また発熱を低減することができる。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項２または３の発明において、整流回路の出力側に電流平滑用のリアクトルを接続したことを特徴とし、２次側の負荷電流を平滑することができる。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１乃至４いずれかの発明において、１次コイルと２次コイルとは互いに対向配置されていることを特徴とし、分離着脱自在なトランスを構成することができる。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項１乃至５いずれかの発明において、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係の変化は、前記１次コイルと２次コイルとの磁気結合面に対して垂直方向の距離の変化であることを特徴とし、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が磁気結合面に対して垂直方向に変化した場合に、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項１乃至５いずれかの発明において、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係の変化は、前記１次コイルと２次コイルとの磁気結合面に対して水平方向の距離の変化であることを特徴とし、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が磁気結合面に対して水平方向に変化した場合に、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項１乃至５いずれかの発明において、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係の変化は、前記１次コイルに対する前記２次コイルの回転方向の角度の変化であることを特徴とし、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係の変化が回転方向の角度の変化である場合に、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【００１８】
請求項９の発明は、請求項１乃至８いずれかの発明において、インバータ回路は、ハーフブリッジ構成であることを特徴とし、ハーフブリッジ構成のインバータ回路を用いて、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【００１９】
請求項１０の発明は、請求項１乃至９いずれかの発明において、１次コイルに印加される電圧が自由振動を行わない非共振期間は、一定時間であり、前記１次コイルに印加される電圧が自由振動を行う部分共振期間は、前記１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係の変化に伴う前記１次コイル側の磁気特性の変化に応じて変化することを特徴とし、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【００２０】
請求項１１の発明は、請求項１乃至１０いずれかの発明において、負荷は、定電圧負荷であることを特徴とし、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、２次側の定電圧負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【００２１】
請求項１２の発明は、請求項１乃至１１いずれか記載の発明において、１次コイルと２次コイルとは絶縁物を介して配置され、前記１次コイルの配置位置が不特定であることを特徴とし、１次コイルの配置位置が不特定で、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【００２２】
請求項１３の発明は、請求項１２の発明において、１次コイルの配置位置が時間に応じて変動することを特徴とし、１次コイルの配置位置が時間に応じて変動して、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【００２３】
請求項１４の発明は、請求項１乃至１１いずれかの発明において、１次コイルと２次コイルとは絶縁物を介して配置され、前記１次コイルの配置位置は固定、前記２次コイルの配置位置は時間に応じて変動することを特徴とし、２次コイルの配置位置が時間に応じて変動して、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【００２４】
請求項１５の発明は、請求項１２乃至１４いずれかの発明において、絶縁物は、ガラスであることを特徴とし、１次コイルと２次コイルとの間にガラスをはさんで電力伝達を行う場合に、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【００２５】
請求項１６の発明は、請求項１２乃至１４いずれかの発明において、絶縁物は、プラスチックであることを特徴とし、１次コイルと２次コイルとの間にプラスチックをはさんで電力伝達を行う場合に、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【００２６】
請求項１７の発明は、請求項１２乃至１４いずれかの発明において、絶縁物は、空気であることを特徴とし、１次コイルと２次コイルとの間に空気をはさんで電力伝達を行う場合に、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【００２７】
請求項１８の発明は、請求項１２の発明において、１次コイルを屋内に配置し、２次コイルを屋外に配置して、屋内から屋外への電力伝達を行うことを特徴とし、屋内から屋外への電力伝達を行う場合のように、商用電源やバッテリなどの電源のある場所から、近くに電源のない場所あるいは電源を設置するのが困難な場所への電力伝達を行う場合に、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【００２８】
請求項１９の発明は、請求項１２の発明において、１次コイルを水槽の外側に配置し、２次コイルを前記水槽の内側に配置して、前記水槽の外側から内側への電力伝達を行うことを特徴とし、水槽の外側から水槽の内側の水中への電力伝達を行う場合に、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができる。
【００２９】
請求項２０の発明は、請求項１３の発明において、１次コイルを窓の内側に配置し、２次コイルを前記窓の外側に配置して、前記窓の内側から外側への電力伝達を行って窓拭き装置を駆動させることを特徴とし、窓の外側の窓拭き装置に電力伝達を行う場合に、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、２次側に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができ、拭きにくい窓の外面の掃除を行うことができる。
【００３０】
請求項２１の発明は、請求項１４の発明において、暖房便座に２次コイルを配置して、前記暖房便座への電力伝達を行うことを特徴とし、便座に人が座っていないときと座っているときとで、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、２次側のヒータに供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができ、また暖房便座を本体から外して丸洗いでき、清潔にすることができる。
【００３１】
請求項２２の発明は、請求項１乃至２１いずれかの発明において、負荷に供給する出力の情報をインバータ回路にフィードバックし、前記インバータ回路を制御するフィードバック回路を付加したことを特徴とし、本発明にフィードバック回路を付加することにより、追加部品を最小限にすることができる。
【００３２】
請求項２３の発明は、請求項１乃至２１いずれかの発明において、２次コイルの出力側に、負荷に供給する電圧もしくは電流を安定させる安定化回路を付加したことを特徴とし、本発明に安定化回路を付加することにより、追加部品を最小限にすることができる。
【００３３】
請求項２４の発明は、請求項１乃至２１いずれかの発明において、負荷に、前記負荷に供給される電圧もしくは電流を安定させる安定化回路を付加したことを特徴とし、本発明に安定化回路を付加することにより、追加部品を最小限にすることができる。
【００３４】
【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。
【００３５】
（実施形態１）
図１は、本実施形態１の回路構成を示す。１次側は、出力電圧Ｅを有する直流電源１０と、直流電源１０に並列に接続されたコンデンサ１１，１２の直列回路及びＦＥＴ等のスイッチング素子１４，１５の直列回路と、スイッチング素子１４，１５に各々並列に接続されるダイオード１４ｂ，１５ｂ（スイッチング素子１４，１５がＦＥＴの場合は寄生ダイオード）と、コンデンサ１１とコンデンサ１２との接続中点とスイッチング素子１４とスイッチング素子１５との接続中点との間に接続された第１のコンデンサ１３とからなるインバータ回路３と、第１のコンデンサ１３に並列に接続された１次コイル５ａとからなり、ハーフブリッジ型の部分共振インバータ回路を構成する。２次側は、センタータップを備えた２次コイル５ｂと、２次コイル５ｂに並列に接続された負荷整合用の第２のコンデンサ１６と、２次コイル５ｂのセンタータップではない両出力端に直列且つ互いに逆方向に接続されたダイオード１７，１８からなる全波整流回路と、ダイオード１７，１８の接続中点に一端を接続された電流平滑用リアクトル１９と、電流平滑用リアクトル１９の他端と２次コイル５ｂのセンタータップとの間に接続される平滑コンデンサ２０と、平滑コンデンサ２０に並列に接続される負荷９とから構成される。１次コイル５ａと２次コイル５ｂとは、分離着脱自在なトランス５を構成する。
【００３６】
前記従来の技術で示したように、１次コイル５ａと２次コイル５ｂとの相対的な位置関係の変化が大きくなると、例えば１次コイル５ａと２次コイル５ｂとの間隔が大きくなると、負荷９に供給できる出力は低下するが、このときに１次コイル５ａに印加する電圧Ｖ１の振幅や周波数や波形を、出力を大きくする方向に変化させれば出力電圧Ｖｏあるいは出力電流Ｉｏを安定させることができる。そこで、本発明では、１次コイル５ａに印加する電圧Ｖ１の振幅や周波数や波形を変化させる方法として１次コイル５ａのインダクタンスに注目した。図１４において、１次コイル５ａと２次コイル５ｂとの相対的な位置関係が変化して、基準位置から遠ざかってＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の距離や回転角θの変化が大きくなるにしたがって、１次コイル５ａのインダクタンスは小さくなる。本実施形態１のように第１のコンデンサ１３を１次コイル５ａに並列接続した場合、１次コイル５ａと第１のコンデンサ１３とに外部からの強制的な電圧駆動や電流駆動がなく、１次コイル５ａに蓄積された磁気エネルギーと第１のコンデンサ１３に蓄積された静電エネルギーと負荷９のみであれば、その自由振動周波数は１次コイル５ａのインダクタンスの平方根に反比例する。すなわち、１次コイル５ａと２次コイル５ｂとの相対的な位置関係の変化を、１次コイル５ａのインダクタンスの変化に換え、さらに１次コイル５ａと第１のコンデンサ１３と負荷９とによる自由振動周波数の変化に換えることができる。
【００３７】
次に、この自由振動周波数の変化について説明する。図１において、スイッチング素子１４，１５は交互にオン・オフを繰り返し、高周波の交流電圧Ｖ１を１次コイル５ａに印加する。このとき、スイッチング素子１４，１５の両方が同時にオフとなる期間があり、この期間内に1次コイル５ａと第１のコンデンサ１３と負荷９とによる自由振動を行う。図１に示すようなハーフブリッジ構成（本実施形態には示していないがプッシュプルブリッジ構成でも同様）のインバータ回路方式であれば、２つのスイッチング素子１４，１５が同時にオフとなる期間を設けると、１次コイル５ａの両端電圧Ｖ１は、直流電源１０の電源電圧Ｅに対して、電圧Ｅ／２から−Ｅ／２までの間では自由振動を行うが、電圧Ｅ／２または−Ｅ／２に達すると、電圧Ｅ／２または−Ｅ／２にクランプされる。このような駆動方式は一般に部分共振、またはソフトスイッチングと呼ばれている。
【００３８】
図２に、図１の回路における１次コイル５ａの両端電圧Ｖ１と、１次コイル５ａを流れる電流Ｉ１と、スイッチング素子１４の両端電圧Ｖ１４と、スイッチング素子１４を流れる電流Ｉ１４と、スイッチング素子１５の両端電圧Ｖ１５と、スイッチング素子１５を流れる電流Ｉ１５との各波形を示す。ここで、１次コイル５ａの両端電圧Ｖ１が自由振動を行っている期間を部分共振期間Ｔ１、電圧Ｅ／２または−Ｅ／２にクランプされている期間を非共振期間Ｔ２とする。スイッチング素子１４，１５は交互にオン・オフを繰り返すが、この時一方のスイッチング素子がオンからオフした後、両方のスイッチング素子がオフになる一定期間を経てから他方のスイッチング素子がオンし、且つ電圧Ｅ／２または−Ｅ／２にクランプされるので、１次コイル５ａの両端電圧Ｖ１は、台形波となる。部分共振期間Ｔ１はスイッチング素子１４，１５ともにオフしている期間であり、１次コイル５ａと第１のコンデンサ１３と負荷９とによる自由振動が行われる期間である。また、ダイオード１４ｂ，１５ｂがスイッチング素子１４，１５に並列に接続されるため、１次コイル５ａの両端電圧Ｖ１が電圧Ｅ／２または−Ｅ／２にクランプされると、スイッチング素子１４の両端電圧Ｖ１４とスイッチング素子１５の両端電圧Ｖ１５とは電圧Ｅまたはグラウンド電位にクランプされた台形波となる。ここで、部分共振期間Ｔ１では、１次コイル５ａと２次コイル５ｂとの相対的な位置関係の変化によって、前記のとおり自由振動周波数の変化が発生し、部分共振期間Ｔ１が変化する。非共振期間Ｔ２が一定で部分共振期間Ｔ１を短くした場合は、図３（ａ）に示すように、１次コイル５ａの両端電圧Ｖ１は、立ち上がり、立下りの急な台形波（略方形波）となり、非共振期間Ｔ２が一定で部分共振期間Ｔ１を長くした場合は、図３（ｂ）に示すように、１次コイル５ａの両端電圧Ｖ１は、立ち上がり、立下りの緩やかな台形波となる。
【００３９】
図４は、自励式の部分共振インバータを用いて、非共振期間Ｔ２を一定にする回路の具体的構成を示す。なお、前記図１に示す回路構成と同一の要素には同一の符号を付して説明は省略する。図４では、スイッチング素子としてＦＥＴ１４ａ，１５ａを用い、ダイオード１４ｂ，１５ｂは各々ＦＥＴ１４ａ，１５ａの寄生ダイオードである。ＦＥＴ１４ａのゲート駆動回路は、コンデンサ１２に並列に接続する抵抗３１，コンデンサ３３の直列回路と、抵抗３１とコンデンサ３３との接続中点とＦＥＴ１４ａのドレインとの間に接続するダイオード３５と、抵抗３１とコンデンサ３３との接続中点とＦＥＴ１４ａのゲートとの間に接続する１次コイル５ａと磁気結合している帰還巻線３７，抵抗４１の直列回路と、ＦＥＴ１４ａのゲート−ソース間に接続するダイオード６１，トランジスタ６３の直列回路とから構成される。トランジスタ６３のベース駆動回路は、１次コイル５ａと磁気結合している補助巻線３９と、ダイオード４３，抵抗４９の直列回路とダイオード４５，抵抗４７の直列回路との並列回路を介して補助巻線３９に並列に接続しているダイオード５１，コンデンサ５３と、抵抗５７，ダイオード５９の並列回路と、抵抗５７，ダイオード５９の並列回路を介してコンデンサ５３に並列に接続しているコンデンサ５５とから構成される。ＦＥＴ１５ａのゲート駆動回路は前記ＦＥＴ１４ａのゲート駆動回路と同様に構成され、トランジスタ６２のベース駆動回路は前記トランジスタ６３のベース駆動回路と同様に構成されるので説明は省略する。
【００４０】
次に、図４に示す回路の動作について説明する。直流電源１０に直列に接続しているスイッチ６４をオンすることにより、コンデンサ３２，３３は、各々抵抗３０，３１を介して充電される。ここで、コンデンサ３２の両端電圧がＦＥＴ１５ａをオンさせるゲート電圧に達するよりも早く、コンデンサ３３の両端電圧がＦＥＴ１４ａをオンさせるゲート電圧にまで達して、ＦＥＴ１４ａがオンしたとすると、１次コイル５ａに電流Ｉ１が流れ始める。そうすると、１次コイル５ａと磁気結合している帰還巻線３７は、ＦＥＴ１４ａのオンを継続する方向に誘起電圧を発生し、この誘起電圧はコンデンサ３３の両端電圧に重畳される。ＦＥＴ１４ａがオンするとコンデンサ３３は、ダイオード３５を介して直流電源１０の略グランド電位にまで放電するが、この帰還巻線３７の誘起電圧だけでもＦＥＴ１４ａのオン状態を維持することができる。帰還巻線３７に誘起電圧が発生すると同時に、帰還巻線１同様に１次コイル５ａと磁気結合している補助巻線３９にも誘起電圧が発生し、ダイオード４３と抵抗４９とを介してコンデンサ５３を充電し、さらにダイオード５９を介してコンデンサ５５も充電する。コンデンサ５３，５５が充電されていくと、トランジスタ６３はオンし、ＦＥＴ１４ａのゲート電圧をダイオード６１を介して略０Ｖにまで低下させて、ＦＥＴ１４ａはオフになる（このときＦＥＴ１５ａもオフ状態である）。すると、それまで１次コイル５ａを流れていた電流Ｉ１は、その電流を維持しようとして第１のコンデンサ１３へ転流し、ここで1次コイル５ａと第１のコンデンサ１３と１次コイル５ａから２次側をみた回路とによる自由振動（共振）を始める。共振を始めてやがてＦＥＴ１４ａの両端電圧Ｖ１４が直流電源１０の電源電圧Ｅに達すると、ＦＥＴ１５ａの寄生ダイオード１５ｂを介して電圧Ｅにクランプされる。このクランプされるまでの期間、自由振動が行われるのでこの期間が、部分共振期間Ｔ１となる。
【００４１】
一方、１次コイル５ａの両端電圧Ｖ１の極性反転、電流Ｉ１の電流方向転換のため、帰還巻線３７はＦＥＴ１４ａをオフにする方向に誘起電圧を発生し、補助巻線３９はコンデンサ５３の両端電圧をダイオード４５と抵抗４７を介して放電する方向に誘起電圧を発生し、略０Ｖにまで低下させる。このときコンデンサ５５の両端電圧も抵抗５７を介して徐々に放電される。この動作と同時に帰還巻線３６は、ＦＥＴ１５ａをオンにする方向に誘起電圧を発生するが、抵抗４０とＦＥＴ１５ａのゲートの入力容量による充電遅延のためにＦＥＴ１５ａは、一定時間遅れてからオン状態となり、それを維持する。補助巻線３８の発生する誘起電圧は、ダイオード４２と抵抗４８とを介してコンデンサ５２を充電し、さらにダイオード５８を介してコンデンサ５４も充電して、トランジスタ６２をオンして、ＦＥＴ１５ａのゲート電圧をダイオード６０を介して略０Ｖにまで低下させて、ＦＥＴ１５ａをオフにする。以後同様の動作を繰り返して自励発振を継続する。
【００４２】
前記共振による電圧変化期間と、前記ＦＥＴのオン遅延とによって、ＦＥＴ１４ａ，１５ａが共にオフとなる期間が形成されるが、ここで前記ＦＥＴのオン遅延時間を部分共振期間Ｔ１よりも長く設定しておけば、部分共振期間Ｔ１が変化しても非共振期間Ｔ２を略一定にすることができる。このようにして非共振期間Ｔ２を略一定にして動作させているとき、１次コイル５ａと２次コイル５ｂとの相対的な位置関係が変化し相対距離が大きくなると、１次コイル５ａのインダクタンスが小さくなり、自由振動周波数が高くなるので、部分共振期間Ｔ１は短くなり、１次コイル５ａの両端電圧Ｖ１の周波数は高くなる。逆に１次コイル５ａと２次コイル５ｂとの相対的な位置関係が変化し相対距離が小さくなると、１次コイル５ａのインダクタンスが大きくなり、自由振動周波数が低くなるので、部分共振期間Ｔ１は長くなり、１次コイル５ａの両端電圧Ｖ１の周波数は低くなる。このように１次コイル５ａと２次コイル５ｂとの相対的な位置関係が変化すると、電圧Ｖ１の周波数は変化し、電圧Ｖ１の周波数が高くなった場合には、図３（ａ）に示すように１次コイル５ａの両端電圧Ｖ１は、立ち上がり、立下りの急な台形波（略方形波）となり、電圧Ｖ１の周波数が低くなった場合には、図３（ｂ）に示すように１次コイル５ａの両端電圧Ｖ１は、立ち上がり、立下りの緩やかな台形波となって波形も変化するため、各々の平均振幅Ｖ１ｔｙｐは、周波数が高い方が大きくなる。これは、非共振期間Ｔ２の振幅Ｖ１ｍが同じであっても、波形が台形状になるにしたがって平均振幅Ｖ１ｔｙｐが小さくなるためである。平均振幅Ｖ１ｔｙｐが小さくなると負荷電圧Ｖｏあるいは負荷電流Ｉｏが低下し、大きくなると負荷電圧Ｖｏあるいは負荷電流Ｉｏが上昇する。また、平均振幅Ｖ１ｔｙｐが一定の場合には、１次コイル５ａの駆動周波数の変化に対し、負荷電圧Ｖｏあるいは負荷電流Ｉｏは駆動周波数に比例したり、もしくは反比例したりする。比例するか、反比例するかは、２次コイル５ｂに並列に接続される第２のコンデンサ１６の静電容量値に依存している。この第２のコンデンサ１６は負荷９に出力することのできる有効電力の大きさを決めているもので、負荷整合用、力率改善用である。
【００４３】
したがって、１次コイル５ａと２次コイル５ｂとの相対的距離が大きくなると電圧Ｖ１の周波数が高くなるため、電圧Ｖ１の周波数が高くなるにつれて、出力が大きくなるように第２のコンデンサ１６の静電容量値が選ばれておれば、自動的に負荷電圧Ｖｏあるいは負荷電流Ｉｏを安定させることができる。ところで本実施形態の場合、負荷電圧Ｖｏあるいは負荷電流Ｉｏを安定させるには、電圧Ｖ１の平均振幅Ｖ１ｔｙｐと周波数との両方が影響しているので、必ずしもその両方の機能が同等に作用する必要はなく、場合によっては、一方の機能が安定化にまったく寄与しないあるいは逆に悪くなる場合でも、他方の機能がより強く安定化に寄与して結果的に安定させることができればよい。実際には、電圧Ｖ１の平均振幅Ｖ１ｔｙｐと周波数との各々の安定化への寄与レベルを分離するのは難しいが、出力を計測しながら、第１のコンデンサ１３と第２のコンデンサ１６との各静電容量値を設定することは容易である。
【００４４】
次にこの設定について説明する。図５は、図４に示す回路のトランス５を構成する１次コイル５ａと２次コイル５ｂとのギャップＺ１に対する（ギャップＺ１は、図１４に示すＺ軸方向の距離とする）、１次コイル５ａのインダクタンスＬ１と、２次コイル５ｂのインダクタンスＬ２と、１次コイル５ａと２次コイル５ｂとの相互インダクタンスＭとを示し、ギャップＺ１が大きくなるにしたがい、低下している。ここで、１次コイル５ａのインダクタンスＬ１と、２次コイル５ｂのインダクタンスＬ２と、１次コイル５ａと２次コイル５ｂとの相互インダクタンスＭとは、トランス５に接続している回路を切り離して各々測定した値で、１次コイル５ａのインダクタンスＬ１は端子Ａ−A´間のインダクタンス、２次コイル５ｂのインダクタンスＬ２は端子Ｂ−Ｂ´間のインダクタンス、相互インダクタンスＭはこのときの１次コイル５ａと２次コイル５ｂとの相互インダクタンスである。また、２次コイル５ｂのセンタタップは、２次コイル５ｂの巻線の中点からとる。そして、負荷９の抵抗値を３オーム、直流電源１０の電源電圧Ｅ≒１４０Ｖとして図４の回路を動作させたときの、ギャップＺ１と、負荷電圧Ｖｏ、電圧Ｖ１の周波数ｆとの関係を図６〜８に示す。ここで、第１のコンデンサ１３の静電容量値をＣ１、第２のコンデンサの静電容量値をＣ２とすると、図６は、静電容量値Ｃ１≒０μＦ、静電容量値Ｃ２≒０μＦ、非共振期間Ｔ２≒１７．９μｓｅｃの場合の各波形を示し、ギャップＺ１が２ｍｍ〜６ｍｍに変化するにしたがって、電圧Ｖ１の周波数ｆを２８ＫＨｚ一定とすると、負荷電圧Ｖｏは１１．５Ｖ〜６．５Ｖに低下している。図７は、静電容量値Ｃ１≒０μＦ、静電容量値Ｃ２≒０．１６４μＦ、非共振期間Ｔ２≒６．７μｓｅｃの場合の各波形を示し、ギャップＺ１が２ｍｍ〜６ｍｍに変化するにしたがって、電圧Ｖ１の周波数ｆを７５ＫＨｚ一定とすると、負荷電圧Ｖｏは１６．０Ｖ〜１０．０Ｖに低下している。図８は、静電容量値Ｃ１≒０．１７５μＦ、静電容量値Ｃ２≒０．４５μＦ、非共振期間Ｔ２≒５．０μｓｅｃの場合の各波形を示し、ギャップＺ１が２ｍｍ〜６ｍｍに変化するにしたがって、電圧Ｖ１の周波数ｆを４６ＫＨｚ〜５６ＫＨｚに変化させると、負荷電圧Ｖｏは略１４．５Ｖに一定している。このように、例えば図８に示す特性のように、動作条件に応じて第１のコンデンサ１３の静電容量値Ｃ１を適当な数値に選ぶことで、１次コイル５ａと２次コイル５ｂとの相対的な位置関係が変化してギャップＺ１が変化しても、２次側の出力を自動的に安定させることができる。
【００４５】
なお、図４の回路における１次コイル５ａの両端電圧Ｖ１と、１次コイル５ａを流れる電流Ｉ１と、ＦＥＴ１４ａの両端電圧Ｖ１４と、ＦＥＴ１４ａを流れる電流Ｉ１４と、ＦＥＴ１５ａの両端電圧Ｖ１５と、ＦＥＴ１５ａを流れる電流Ｉ１５との各波形は、前記図２と同様である。
【００４６】
（実施形態２）
本実施形態２は、図９に示すように、屋内７０から屋外７１のように、商用電源やバッテリなどの電源のある場所から、近くに電源のない場所あるいは電源を設置するのが困難な場所への電力伝達を行うものであり、家屋の窓ガラス７２の屋内７０側には電源に接続されたインバータ回路３と１次コイル５ａとを設置し、屋外７１側には２次コイル５ｂと整流平滑回路６とランプ９ａとを設置して、屋内７０から屋外７１の庭やベランダのランプ９ａに給電している。このような非接触電力伝達装置は、１次コイル５ａと２次コイル５ｂとを分離着脱自在に使用することができ、窓ガラス７２の任意の位置から電力伝達を行うことができることが要求されるが、従来技術では１次コイル５ａと２次コイル５ｂとの位置決めを厳密に行わなければならず、その位置合わせが面倒であった。しかし、本発明によると、前記実施形態１にて説明したように、１次コイル５ａと２次コイル５ｂとの相対的な位置関係が変化しても２次側の出力を容易に安定させることができるので、１次コイル５ａと２次コイル５ｂとは適当に位置決めするだけで十分であり、使い勝手がよくなっている。
【００４７】
なお、本実施形態２においては、屋内７０から屋外７１に電力伝達を行っているが、車等の車内から車外への電力伝達であってもよい。
【００４８】
（実施形態３）
本実施形態３は、図１０に示すように、水槽壁７５の水槽外７３から水槽内７４への電力伝達を行うものであり、水槽外７３側には、電源に接続されたインバータ回路３と１次コイル５ａとを設置し、水槽内７４の水中に２次コイル５ｂと整流平滑回路６と水中ヒータ９ｂとを設置して、水中ヒータ９ｂに給電している。外部に導電部が露出していない非接触で水中の器具に給電を行うので、安全であり、水槽を掃除するときには簡単に取り外すことができる。また、本発明によると、前記実施形態１にて説明したように、１次コイル５ａと２次コイル５ｂとの相対的な位置関係が変化しても２次側の出力を容易に安定させることができるので、１次コイル５ａと２次コイル５ｂとは適当に位置決めするだけで十分であり、すばやく取り付けを行うことができ、水槽内の魚などへの負担を減少させることができる。
【００４９】
（実施形態４）
本実施形態４は、図１１に示すように、窓ガラス７２の屋外７１側を屋内７０側から掃除できる窓拭き装置を示す。窓ガラス７２の屋内７０側に設置された電源に接続されたインバータ回路３と、１次コイル５ａとによって、屋外７１側に設置された２次コイル５ｂと整流平滑回路６を介して、ポンプ９ｃに給電し、ポンプ９ｃは洗浄液７９を吐出し、２次側の窓ガラス７２に面する側に備えたブラシ７７ｂにて窓拭きを行うものである。また、１次側の窓ガラス７２に面する側にはブラシ７７ａを備え、１次側、２次側ともに窓ガラス７２を介して対抗配置された永久磁石７６を備えている。この窓拭き装置の１次側と２次側とは、永久磁石７６の吸引力によって窓ガラス７２を挟んで圧接されており、窓ガラス７２を掃除する際は、取っ手７８を持って１次側を窓ガラス７２上で移動させると、２次側もそれに追従して動くようになっている。しかし、人が屋内７０側から１次側を動かすと、２次側はピッタリとは追従せず、摩擦などのために少し遅れて動く。このため１次側が動いていると、２次側は１次側に対する距離が変動しながら動くことになり、従来技術では例えフィードバック制御を行っても２次側の出力変動がおこり、実用的ではなかった。しかし本発明によると、前記実施形態１にて説明したように、１次コイル５ａと２次コイル５ｂとの相対的な位置関係が変化しても２次側の出力を容易に安定させることができるので、ある程度のずれでは出力が変化せず、使い勝手のよい窓拭き装置を提供することができる。
【００５０】
なお、本実施形態４では、窓７２の屋外７１側からのみ洗浄液７９を吐出するようになっているが、窓７２の屋内７０側と屋外７１側との両方から同時に洗浄液７９を吐出しながらブラシ７７ａ，７７ｂで掃除を行う両面同時窓拭き装置にも応用することができる。
【００５１】
（実施形態５）
本実施形態５は、図１１（ａ），（ｂ）に示すように暖房便座装置に非接触給電装置を適用したものである。ここで図１１（ａ）は人が座っていないときの状態を示し、図１１（ｂ）は人が座っているときの状態を示す。図１１（ａ）、１１（ｂ）ともに、トイレ本体８２に便座８１と便蓋８０とを備えている。そして、インバータ回路３と１次コイル５ａとを本体８２に設置し、２次コイル５ｂを１次コイル５ａと対向するように便座８１に備える。２次コイル５ｂに接続される整流平滑回路６と、整流平滑回路６から出力を供給されて便座８１を暖めるヒータ９ｄとは便座８１に組み込まれる。このように、便座８１を暖めるヒータ９ｄへの給電を無接触で行うことができれば、便座８１を本体８２から脱着して丸洗いすることができ、清潔にすることができる。しかし、便座８１は人が座るところであり、本体８２に固定されている１次コイル５ａに対し、便座８１に設置されている２次コイル５ｂの位置は、人が座っていないときには図１１（ａ）に示すように１次コイル５ａと基準位置にて対向しているが、座っているときには便座８１がたわむことにより位置が変化してしまう。したがって、フィードバック制御のない従来の方式では、出力が大きく変化して実用にならず、また無接点信号によるフィードバック制御や、出力を安定させる安定化回路を便座８１に設けた場合には、装置が大型化し、コストも増大するという欠点があった。しかし本発明によると、前記実施形態１にて説明したように、１次コイル５ａと２次コイル５ｂとの相対的な位置関係が変化しても２次側の出力を容易に安定させることができるので、ある程度のずれでは出力が変化せず、便座８１を丸洗いできる実用的な暖房便座装置を提供することができる。
【００５２】
前記実施形態１〜５のように、本発明は、非接触電力伝達装置において、分離着脱自在なトランス５の１次コイル５ａと２次コイル５ｂとの相対的な距離（位置関係）の変化に応じて１次コイル５ａのインダクタンスが変化することを利用し、この変化を第１のコンデンサ１３によって１次コイル５ａの両端電圧Ｖ１の周波数の変化に換え、その周波数の変化に応じて出力の安定化を行う、あるいはこの周波数の変化を１次コイル５ａの両端電圧Ｖ１の平均振幅Ｖ１ｔｙｐ等の変化に換え、その平均振幅Ｖ１ｔｙｐ等の変化に応じて出力の安定化を行うものである。したがって、回路方式が１次コイル５ａと第１のコンデンサ１３との共振作用による自由振動を利用しておればよく、例えば、実施形態１ではインバータ回路３はハーフブリッジ構成を用いているが、同様に部分共振を利用するプッシュプル構成や１石の電圧共振構成であってもよい。また、２次コイル５ｂに接続される整流回路の方式や電流平滑の方式にも限定されない。また、１次コイル５ａと２次コイル５ｂとの相対的な位置関係の変化を、図１４に示すＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、回転角θの４方向に対して示したが、任意の方向の相対的な位置関係の変化に対して出力の安定化を行うことができることはもちろんである。また、実施形態１〜５における分離着脱自在なトランス５の磁気結合方式は、１次コイル５ａと２次コイル５ｂとが対向配置している平面対向式を示したが、図１２に示すように小さな円環状の２次コイル５ｂを大きな円環状の１次コイル５ａ内に挿入する挿入結合方式であっても、相対的な位置関係の変化によって１次コイル５ａのインダクタンスが変化するのであれば本発明に含まれる。そして、実施形態１において、１次コイル５ａに並列接続される第１のコンデンサ１３と、２次コイル５ｂに並列接続される第２のコンデンサ１６とは、等価回路的に、特に交流等価回路的に、１次コイル５ａと第１のコンデンサ１３とが並列接続、２次コイル５ｂと第２のコンデンサとが並列接続される形態で表せるのであれば、本発明に含まれる。さらに、本発明は、１次コイル５ａと２次コイル５ｂとの相対的な位置関係の変化によってインダクタンスが変化する１次コイル５ａに並列または直列に第１のコンデンサ１３等の静電容量を設けて、それらの共振作用によって生じる自由振動周波数または周期の変化を利用して出力を安定させるものであり、１次コイル５ａとで共振作用を行う容量を有する第１のコンデンサ１３は必ずしも単一である必要はなく、１次コイル５ａに対して、直・並列の組合せであってもよい。また、同様の理由により１次コイル５ａに直接に第１のコンデンサ１３を接続する必要はなく、他のコイルや小さな抵抗を介して接続されていても、自由振動周波数や周期の変化を生じさせることができ、その変化の仕方も変えることができる。
【００５３】
さらに詳細を付け加えると、前記自由振動周波数または周期は、２次側の負荷９や整流平滑回路６等を取り外して、分離着脱式のトランス５単独で、１次コイル５ａの端子間を測定したインダクタンスと、１次コイル５ａに接続された第１のコンデンサ１３の静電容量値だけで決まるものではなく、２次コイル５ｂに接続される第２のコンデンサ１６の静電容量値や負荷条件、整流回路方式等の影響も受けており、これらの総合作用により自由振動周波数や周期が決まっている。これらのことを数式で表すことは一般に困難である。このような理由から本発明の説明の中で用いている１次コイル５ａのインダクタンスの変化とは、トランス５の１次側から２次側をみた回路特性の変化の意味を含んでいる。ただ、実用においては、もともと１次コイル５ａと２次コイル５ｂとの間にギャップがあり、磁気的に疎結合となっているため、２次側の影響は受けにくく、トランス５の１次側から２次側を見た回路は、凡そ分離着脱自在なトランス５単独で測定した１次コイル５ａのインダクタンス特性であると考えてよい場合が多い。少なくとも、１次コイル５ａと２次コイル５ｂとの相対的な位置の変化による自由振動周波数に変化傾向は、分離着脱自在なトランス５単独で測定した１次コイル５ａのインダクタンスの変化に対応している。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１の発明は、１次コイルと前記１次コイルによって電圧を誘起される２次コイルとが分離着脱自在な構造を有するトランスを含み、前記１次コイルに並列もしくは直列に第１のコンデンサを接続し、前記２次コイルに負荷整合用の第２のコンデンサを接続して、前記１次コイルと第１のコンデンサとの共振作用による自由振動を利用した部分共振インバータ回路と、前記２次コイルの出力側に設けた負荷とで構成され、前記１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係の変化に伴う前記１次コイル側の磁気特性の変化に応じて、前記１次コイルに印加される電圧の周波数、振幅のうち少なくともいずれか一方を変化させて、前記２次コイルが負荷に供給する電圧または電流が所定値となるように、前記第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの静電容量値を設定するので、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、１次コイルに印加される電圧の周波数、振幅のうち少なくともいずれか一方を変化させて、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができ、また回路サイズ及び部品コストが増大することなく１次コイルと２次コイルとの位置決めの許容範囲が広がり、従来、位置決めのために必要としていたガイドを不要にしたり、ガイドをゆるめにすることができ、使い勝手を向上させることができるという効果がある。また、負荷に出力可能な有効電力を増大させることができる。
【００５５】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、２次コイルの出力側に、前記２次コイルの誘起電圧を整流するための整流回路を接続したので、２次コイルの誘起電圧を整流することができるという効果がある。
【００５６】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、２次コイルは、センタータップを備え、整流回路は、前記２次コイルのセンタータップではない両出力端に直列に且つ互いに逆方向に接続する整流素子の前記２次コイルに接続していない各他端同士を接続した全波整流回路であるので、整流回路を小型化することができ、また発熱を低減することができるという効果がある。
【００５７】
請求項４の発明は、請求項２または３の発明において、整流回路の出力側に電流平滑用のリアクトルを接続したので、２次側の負荷電流を平滑することができるという効果がある。
【００５８】
請求項５の発明は、請求項１乃至４いずれかの発明において、１次コイルと２次コイルとは互いに対向配置されているので、分離着脱自在なトランスを構成することができるという効果がある。
【００５９】
請求項６の発明は、請求項１乃至５いずれかの発明において、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係の変化は、前記１次コイルと２次コイルとの磁気結合面に対して垂直方向の距離の変化であるので、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が磁気結合面に対して垂直方向に変化した場合に、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【００６０】
請求項７の発明は、請求項１乃至５いずれかの発明において、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係の変化は、前記１次コイルと２次コイルとの磁気結合面に対して水平方向の距離の変化であるので、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が磁気結合面に対して水平方向に変化した場合に、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【００６１】
請求項８の発明は、請求項１乃至５いずれかの発明において、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係の変化は、前記１次コイルに対する前記２次コイルの回転方向の角度の変化であるので、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係の変化が回転方向の角度の変化である場合に、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【００６２】
請求項９の発明は、請求項１乃至８いずれかの発明において、インバータ回路は、ハーフブリッジ構成であるので、ハーフブリッジ構成のインバータ回路を用いて、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【００６３】
請求項１０の発明は、請求項１乃至９いずれかの発明において、１次コイルに印加される電圧が自由振動を行わない非共振期間は、一定時間であり、前記１次コイルに印加される電圧が自由振動を行う部分共振期間は、前記１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係の変化に伴う前記１次コイル側の磁気特性の変化に応じて変化するので、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【００６４】
請求項１１の発明は、請求項１乃至１０いずれかの発明において、負荷は、定電圧負荷であるので、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、２次側の定電圧負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【００６５】
請求項１２の発明は、請求項１乃至１１いずれか記載の発明において、１次コイルと２次コイルとは絶縁物を介して配置され、前記１次コイルの配置位置が不特定であるので、１次コイルの配置位置が不特定で、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【００６６】
請求項１３の発明は、請求項１２の発明において、１次コイルの配置位置が時間に応じて変動するので、１次コイルの配置位置が時間に応じて変動して、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【００６７】
請求項１４の発明は、請求項１乃至１１いずれかの発明において、１次コイルと２次コイルとは絶縁物を介して配置され、前記１次コイルの配置位置は固定、前記２次コイルの配置位置は時間に応じて変動するので、２次コイルの配置位置が時間に応じて変動して、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【００６８】
請求項１５の発明は、請求項１２乃至１４いずれかの発明において、絶縁物は、ガラスであるので、１次コイルと２次コイルとの間にガラスをはさんで電力伝達を行う場合に、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【００６９】
請求項１６の発明は、請求項１２乃至１４いずれかの発明において、絶縁物は、プラスチックであるので、１次コイルと２次コイルとの間にプラスチックをはさんで電力伝達を行う場合に、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【００７０】
請求項１７の発明は、請求項１２乃至１４いずれかの発明において、絶縁物は、空気であるので、１次コイルと２次コイルとの間に空気をはさんで電力伝達を行う場合に、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【００７１】
請求項１８の発明は、請求項１２の発明において、１次コイルを屋内に配置し、２次コイルを屋外に配置して、屋内から屋外への電力伝達を行うので、屋内から屋外への電力伝達を行う場合のように、商用電源やバッテリなどの電源のある場所から、近くに電源のない場所あるいは電源を設置するのが困難な場所への電力伝達を行う場合に、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【００７２】
請求項１９の発明は、請求項１２の発明において、１次コイルを水槽の外側に配置し、２次コイルを前記水槽の内側に配置して、前記水槽の外側から内側への電力伝達を行うので、水槽の外側から水槽の内側の水中への電力伝達を行う場合に、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、負荷に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができるという効果がある。
【００７３】
請求項２０の発明は、請求項１３の発明において、１次コイルを窓の内側に配置し、２次コイルを前記窓の外側に配置して、前記窓の内側から外側への電力伝達を行って窓拭き装置を駆動させるので、窓の外側の窓拭き装置に電力伝達を行う場合に、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、２次側に供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができ、拭きにくい窓の外面の掃除を行うことができるという効果がある。
【００７４】
請求項２１の発明は、請求項１４の発明において、暖房便座に２次コイルを配置して、前記暖房便座への電力伝達を行うので、便座に人が座っていないときと座っているときとで、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係が変化しても、２次側のヒータに供給する電圧もしくは電流を容易に安定させることができ、また暖房便座を本体から外して丸洗いでき、清潔にすることができるという効果がある。
【００７５】
請求項２２の発明は、請求項１乃至２１いずれかの発明において、負荷に供給する出力の情報をインバータ回路にフィードバックし、前記インバータ回路を制御するフィードバック回路を付加したので、本発明にフィードバック回路を付加することにより、追加部品を最小限にすることができるという効果がある。
【００７６】
請求項２３の発明は、請求項１乃至２１いずれかの発明において、２次コイルの出力側に、負荷に供給する電圧もしくは電流を安定させる安定化回路を付加したので、本発明に安定化回路を付加することにより、追加部品を最小限にすることができるという効果がある。
【００７７】
請求項２４の発明は、請求項１乃至２１いずれかの発明において、負荷に、前記負荷に供給される電圧もしくは電流を安定させる安定化回路を付加したので、本発明に安定化回路を付加することにより、追加部品を最小限にすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態１を示す構成図である。
【図２】  本発明の実施形態１の動作を説明するための図である。
【図３】  本発明の実施形態１の動作を説明するための図である。
【図４】  本発明の実施形態１を示す具体的な構成図である。
【図５】  本発明の実施形態１を示す特性図である。
【図６】  本発明の実施形態１を示す特性図である。
【図７】  本発明の実施形態１を示す特性図である。
【図８】  本発明の実施形態１を示す特性図である。
【図９】  本発明の実施形態２を示す図である。
【図１０】  本発明の実施形態３を示す図である。
【図１１】  本発明の実施形態４を示す図である。
【図１２】  本発明を説明するための図である。
【図１３】  本発明の実施形態５を示す図である。
【図１４】  本発明の従来例を示す構成図である。
【図１５】  本発明の従来例の特性図である。
【図１６】  本発明の従来例の特性図である。
【図１７】  本発明の従来例の特性図である。
【図１８】  本発明の従来例の特性図である。
【図１９】  本発明の従来例を示す構成図である。
【符号の説明】
３  インバータ回路
５  トランス
５ａ  １次コイル
５ｂ  ２次コイル
９  負荷
１３  第１のコンデンサ
Ｖ１  １次コイル５ａの両端電圧
Ｖｏ  負荷電圧
Ｉｏ  負荷電流
【図１】
0004200257.tif 000002
【図２】
0004200257.tif 000003
【図３】
0004200257.tif 000004
【図４】
0004200257.tif 000005
【図５】
0004200257.tif 000006
【図６】
0004200257.tif 000007
【図７】
0004200257.tif 000008
【図８】
0004200257.tif 000009
【図９】
0004200257.tif 000010
【図１０】
0004200257.tif 000011
【図１１】
0004200257.tif 000012
【図１２】
0004200257.tif 000013
【図１３】
0004200257.tif 000014
【図１４】
0004200257.tif 000015
【図１５】
0004200257.tif 000016
【図１６】
0004200257.tif 000017
【図１７】
0004200257.tif 000018
【図１８】
0004200257.tif 000019
【図１９】
0004200257.tif 000020