非接触給電システム
【課題】 受電側の状況を識別して電力供給制御を行うことができて、シンプルな構造を有する非接触給電システムを提供する。
【解決手段】 非接触給電装置１は、高周波インバータ回路１１から高周波電力を供給された第１のコイルＬ１が発生する磁束によって、第２のコイルＬ２に誘起電圧を発生させ、その誘起電圧を電力変換回路２１で所定の形態に変換して負荷３０に出力している。そして、信号発生装置２４は、高周波インバータ回路１１の発振周波数の高調波成分の周波数を有する信号を発生しており、信号受信回路１２は、非接触受電装置２の有無を検出した信号、及び信号発生装置２４が発生する信号を検出した信号を出力し、インバータ制御回路１３はこの検出信号に基づいて高周波インバータ回路１１の発振を制御している。
【解決手段】 非接触給電装置１は、高周波インバータ回路１１から高周波電力を供給された第１のコイルＬ１が発生する磁束によって、第２のコイルＬ２に誘起電圧を発生させ、その誘起電圧を電力変換回路２１で所定の形態に変換して負荷３０に出力している。そして、信号発生装置２４は、高周波インバータ回路１１の発振周波数の高調波成分の周波数を有する信号を発生しており、信号受信回路１２は、非接触受電装置２の有無を検出した信号、及び信号発生装置２４が発生する信号を検出した信号を出力し、インバータ制御回路１３はこの検出信号に基づいて高周波インバータ回路１１の発振を制御している。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非接触給電システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、携帯用電子機器や電気自動車、産業機器等への非接触電力伝達技術の採用が広がっている。特に電動歯ブラシや電気シェーバ等の水まわりで使う商品には、この技術が重宝される。電力供給側（給電側）と負荷側（受電側）とを着脱して用いる非接触給電システムにおいて、電力供給側から負荷側に電磁誘導により電力を供給する場合、負荷側が外されているときには電力供給側インバータ回路で用いる発振用のスイッチング素子の発振を停止、または発振強度の低減を行う必要がある。この理由は、負荷がない場合に発振を継続させると、電力供給側の電力損失によりエネルギーの無駄使いになってしまうからであり、また、正しい負荷以外の例えば金属異物が置かれれば、誘導加熱作用により、金属の異常過熱を生じ危険であるからである。さらに、負荷が２次電池等の場合、２次電池がフル充電された時点で充電制御を施す必要がある。
【０００３】すなわち非接触電力伝達には「電力供給側が単独の場合での、省エネ制御や金属異物過熱対策のための発振停止または抑制制御」と「正しい負荷が装着された場合での連続給電制御」と「負荷側からの要求に基づく電力伝達制御」の３つの制御が必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記３つの制御を全部あるいは一部満たす従来例が、いくつか提案されている。たとえば特開平６−３１１６５８号公報で開示された技術がある。これは独立した１対の信号用コイルを、電力供給側と負荷側との１対の電力用コイルとは別途に設け、負荷が装着されると１対の電力用コイルの誘導により負荷に電力が伝達される。そして、この電力を用いて負荷側の制御回路を駆動し、１対の信号用コイルによって制御信号を負荷側から電力供給側に戻して、電力供給側はこの制御信号に基づいて発振動作を制御するものである。
【０００５】ところが、この構成は負荷検出および発振制御のための回路が別途必要であり、さらに信号周波数を電力送受のための周波数に対して識別しやすくするために、信号周波数を高くとる必要が生じて信号発生回路が複雑になり、またそれによるノイズ対策強化等でサイズアップやコストアップをもたらすという欠点がある。
【０００６】また、特開平１１−１７８２４９号公報は自励発振の特性を生かし、正帰還ループを電力供給側内部から、一旦負荷側へ出し、再び電力供給側へ戻して、その帰還ループを負荷情報に利用するという極めてシンプルな回路で負荷の検出を行うことができ、省電力化および金属異物過熱防止を行うことができる回路である。さらに、電力周波数と信号周波数とが同一の周波数が使えるためにシンプルな構成で非接触電力伝達を行うことができる。しかし、制御信号が電力用周波数とおなじ周波数の正帰還フイードバック信号であるため、その信号振幅の増幅制御ができず、ノイズマージンが取りにくいという欠点がある。
【０００７】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、受電側の状況を識別して電力供給制御を行うことができて、シンプルな構造を有する非接触給電システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、高周波電力を出力する高周波インバータ回路と、前記高周波インバータ回路を制御するインバータ制御回路と、前記高周波インバータ回路から高周波電力を供給され、磁気結合による給電を行う第１のコイルと、入力信号コイルを有する信号受信回路とを備えて、前記入力信号コイルが検出した信号に基づいて前記インバータ制御回路が前記高周波インバータ回路を制御する非接触給電装置と、第１のコイルに対向配置されて磁気結合による受電を行う第２のコイルと、第２のコイルの出力を所定の電気エネルギーに変換するための電力変換回路と、前記高周波インバータ回路の発振周波数の高調波成分の周波数を有する信号を発生する信号発生装置と、前記信号発生装置が発生する信号を制御する２次側制御回路と、前記電力変換回路から電気エネルギーを供給される負荷とを有する非接触受電装置とで構成され、第１のコイルと第２のコイルとは互いに分離着脱自在なトランス構造を有し、前記入力信号コイルは、前記非接触受電装置の有無を検出した信号、及び前記信号発生装置が発生する信号を検出した信号を出力することを特徴とする。
【０００９】請求項２の発明は、請求項１において、前記信号発生装置は、第３のコイルとコンデンサとからなり、前記高調波成分の周波数の共振周波数を有する共振回路であって、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置された場合に、前記非接触給電装置及び非接触受電装置内の磁場、磁束、あるいは前記非接触受電装置内の電圧または電流情報から取り出した前記高調波成分の周波数の信号を発生させ、前記入力信号コイルは前記高調波成分の周波数の信号を検出し、前記インバータ制御回路は前記入力信号コイルが検出した信号に基づいて前記高周波インバータ回路を制御して、前記非接触給電装置から前記非接触受電装置への給電制御を行うことを特徴とする。
【００１０】請求項３の発明は、請求項１または２において、前記高調波成分の周波数は、前記高周波インバータ回路の発振周波数の奇数倍の高調波成分の周波数であることを特徴とする。
【００１１】請求項４の発明は、請求項３において、前記奇数倍の高調波成分は第３次高調波成分であることを特徴とする。
【００１２】請求項５の発明は、請求項１乃至４いずれかにおいて、前記電力変換回路は、第２のコイルの出力を半波整流する回路を備えることを特徴とする。
【００１３】請求項６の発明は、請求項１乃至５いずれかにおいて、前記信号受信回路は、前記入力信号コイルに接続した共振コンデンサを備え、前記高調波成分の周波数に共振することを特徴とする。
【００１４】請求項７の発明は、請求項１乃至６いずれかにおいて、前記入力信号コイルは、差動接続した第４のコイルと第５のコイルとからなることを特徴とする。
【００１５】請求項８の発明は、請求項１乃至７いずれかにおいて、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を要求する場合に、前記信号発生装置の出力が大きくなることを特徴とする。
【００１６】請求項９の発明は、請求項１乃至８いずれかにおいて、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合に、前記２次側制御回路は前記信号発生装置の出力を低減させることを特徴とする。
【００１７】請求項１０の発明は、請求項１乃至９いずれかにおいて、前記非接触給電装置が単独で存在する場合に、前記高周波インバータ回路は間欠発振を行うことを特徴とする。
【００１８】請求項１１の発明は、請求項２乃至１０いずれかにおいて、前記高周波インバータ回路は、発振用スイッチング素子と、発振用スイッチング素子の制御端をグランドレベルに接続する自励制御用スイッチング素子とを備えて自励発振を行い、前記インバータ制御回路は、前記自励制御用スイッチング素子の発振を間欠に停止させることで前記発振用スイッチング素子の発振動作を間欠停止させる強制停止回路と、前記入力信号コイルの出力でオンすることにより前記強制停止回路の間欠停止動作を停止させる発振切替用スイッチング素子とを備え、前記非接触給電装置が単独である場合、前記入力信号コイルの出力電圧は前記発振切替用スイッチング素子がオフとなる電圧に維持され、前記強制停止回路が動作して前記発振用スイッチング素子の発振動作を間欠発振に制御し、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を要求する場合、前記信号発生装置は、前記発振用スイッチング素子の発振動作が間欠発振である期間に発生した前記非接触給電装置及び非接触受電装置内の磁場、磁束、あるいは前記非接触受電装置内の電圧または電流情報から取り出した前記高調波成分の周波数の信号で第３のコイルを励磁し、第３のコイルと概略、対向配置されて、第３のコイルで発生した磁束を検出する前記入力信号コイルの出力電圧は前記発振切替用スイッチング素子がオンとなる電圧になり、前記強制停止回路が動作を停止して前記発振用スイッチング素子の発振動作を連続発振に制御し、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合、前記信号発生装置は、前記高調波成分の周波数の信号を低減させて第３のコイルの励磁を抑制し、前記入力信号コイルの出力電圧は前記発振切替用スイッチング素子がオフとなる電圧になり、前記強制停止回路が動作して前記発振用スイッチング素子の発振動作を間欠発振に制御することを特徴とする。
【００１９】請求項１２の発明は、請求項２乃至１１いずれかにおいて、前記非接触受電装置は、第３のコイルとコンデンサとからなる共振回路の少なくとも一部を短絡または開放する補助スイッチング素子を備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合に、前記２次側制御回路は、前記補助スイッチング素子を動作させて、前記信号発生装置の共振回路が発生する信号の周波数、振幅、波形のうち少なくとも１つを給電を必要とする場合の周波数、振幅、波形に対して変化させて、前記入力信号コイルは前記信号発生装置が発生した信号を検出し、前記インバータ制御回路は前記入力信号コイルが検出した信号に基づいて前記高周波インバータ回路を制御して、前記非接触給電装置から前記非接触受電装置への給電を低減させることを特徴とする。
【００２０】請求項１３の発明は、請求項２乃至１１いずれかにおいて、前記非接触受電装置は、前記信号発生装置以外の内部回路の少なくとも一部を短絡または開放する補助スイッチング素子を備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合に、前記２次側制御回路は、前記補助スイッチング素子を動作させて、前記信号発生装置の共振回路が発生する信号の周波数、振幅、波形のうち少なくとも１つを、給電を必要とする場合の周波数、振幅、波形に対して変化させて、前記入力信号コイルは前記信号発生装置が発生した信号を検出し、前記インバータ制御回路は前記入力信号コイルが検出した信号に基づいて前記高周波インバータ回路を制御して、前記非接触給電装置から前記非接触受電装置への給電を低減させることを特徴とする請求項２乃至１１いずれか記載の非接触給電システム。
【００２１】請求項１４の発明は、請求項１３において、前記非接触受電装置は、第１のコイルが発生する磁束の少なくとも一部が鎖交する補助コイルと、前記補助コイルを短絡または開放する補助スイッチング素子とを備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合に、前記２次側制御回路は、前記補助スイッチング素子を動作させて、前記信号発生装置の共振回路が発生する信号の周波数、振幅のうち少なくとも１つを給電を必要とする場合の周波数、振幅に対して小さくすることを特徴とする。
【００２２】請求項１５の発明は、請求項１２において、前記信号発生装置は、第３のコイルとコンデンサとを並列接続した共振回路からなり、前記並列回路の両端間にダイオードと補助スイッチング素子との直列回路を備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合は、前記２次側制御回路が前記補助スイッチング素子をオンさせて、第３のコイルの励磁を抑制することを特徴とする。
【００２３】請求項１６の発明は、請求項１３において、前記非接触受電装置は、第２のコイルを短絡または開放する補助スイッチング素子を備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合は、前記２次側制御回路は、前記補助スイッチング素子を動作させて、前記信号発生装置の共振回路が発生する信号の周波数、振幅のうち少なくとも１つを、給電を必要とする場合の周波数、振幅に対して小さくすることを特徴とする。
【００２４】請求項１７の発明は、請求項１２乃至１６いずれかにおいて、前記補助スイッチング素子は一方向に導通する素子であることを特徴とする。
【００２５】請求項１８の発明は、請求項１２乃至１７いずれかにおいて、前記補助スイッチング素子に直列接続したコンデンサを備えることを特徴とする。
【００２６】請求項１９の発明は、請求項１２乃至１７いずれかにおいて、前記補助スイッチング素子に並列接続したコンデンサを備えることを特徴とする。
【００２７】請求項２０の発明は、請求項１乃至１９いずれかにおいて、第２のコイルと第３のコイルとの磁気結合は疎結合であることを特徴とする。
【００２８】請求項２１の発明は、請求項１乃至２０いずれかにおいて、前記入力信号コイルの出力部に、前記高調波成分の周波数と同じ周波数帯域を検出するフィルタを備えたことを特徴とする。
【００２９】請求項２２の発明は、請求項１乃至２１いずれかにおいて、前記高周波インバータ回路は、第１のコイルの両端間に正弦波状の交番電圧を印加することを特徴とする。
【００３０】請求項２３の発明は、請求項１乃至２２いずれかにおいて、前記高周波インバータ回路は、発振用スイッチング素子と、前記発振用スイッチング素子または第１のコイルに並列接続した共振コンデンサとを備えた一石の電圧共振インバータであることを特徴とする。
【００３１】請求項２４の発明は、請求項７乃至２３いずれかにおいて、前記入力信号コイルを構成する差動接続した第４、第５のコイルと第１のコイルとの磁気結合は疎結合であり、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか一方と第３のコイルとの磁気結合度は、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか他方と第３のコイルとの磁気結合度より大きいことを特徴とする。
【００３２】請求項２５の発明は、請求項２４において、第４，第５のコイルは第１のコイルに対し対称な位置に配置され、第３のコイルは、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか一方に対向して配置されることを特徴とする。
【００３３】請求項２６の発明は、請求項１において、非接触給電装置から非接触受電装置への給電が行われているとき、第２のコイルの両端電圧、コイル電流は歪んだ波形となり、前記信号発生装置は、第２のコイルの両端電圧、コイル電流に含まれる高調波成分を発生源とした信号を発生することを特徴とする。
【００３４】請求項２７の発明は、請求項２６において、前記入力信号コイルを構成する差動接続した第４、第５のコイルと第１のコイルとの磁気結合は疎結合であり、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか一方と第２のコイルとの磁気結合度は、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか他方と第２のコイルとの磁気結合度より大きいことを特徴とする。
【００３５】請求項２８の発明は、請求項１乃至２７いずれかにおいて、前記信号発生装置は、前記高調波成分の周波数の共振周波数を有する第３のコイルとコンデンサとの共振回路による信号発生手段と、第２のコイルの両端電圧、コイル電流に含まれる高調波成分を発生源とした信号を発生する信号発生手段とを備えることを特徴とする。
【００３６】請求項２９の発明は、請求項１乃至２５，２８いずれかにおいて、前記信号発生装置は、第３のコイルに直列接続したインダクタを備えることを特徴とする。
【００３７】
【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。
【００３８】（実施形態１）本実施形態の非接触給電システムのブロック構成図を図１に示す。非接触給電システムは、電力供給を行う非接触給電装置１と、電力を供給される負荷を含む非接触受電装置２とからなり、非接触給電装置１は、高周波電力を出力する高周波インバータ回路１１と、高周波インバータ回路１１を制御するインバータ制御回路１３と、高周波インバータ回路１１から高周波電力を供給され、磁気結合による給電を行う第１のコイルＬ１と、互いに極性を反対にして直列に差動接続した第４のコイルＬ４、第５のコイルＬ５からなる入力信号用コイルＬｓと、第４のコイルＬ４、第５のコイルＬ５の差動接続回路の出力を増幅するために差動接続回路の両端間に接続した共振コンデンサＣ４とを備え、第４のコイルＬ４、第５のコイルＬ５、及び共振コンデンサＣ４は差動共振回路として動作する信号受信回路１２を構成している。
【００３９】非接触受電装置２は、負荷３０を有しており、第１のコイルＬ１に対向配置されて磁気結合による受電を行う第２のコイルＬ２と、第２のコイルＬ２の出力を負荷３０へ供給するのに適した出力に変換するための電力変換回路２１と、信号受信回路１２の入力信号用コイルＬｓに対向配置された第３のコイルＬ３と、第３のコイルＬ３の両端間に接続した共振コンデンサＣ８と、共振コンデンサＣ５の両端間に接続したスイッチＳ２と、スイッチＳ２のオン・オフを制御する信号を出力する２次側制御回路２３とを備え、第３のコイルＬ３と共振コンデンサＣ８との共振回路は非接触受電装置２からの信号を出力する信号発生装置２４を構成している。
【００４０】上記のような非接触給電システムは、第１のコイルＬ１と第２のコイルＬ２とが分離着脱自在なトランス構造となっており、高周波インバータ回路１１から高周波電力を供給された第１のコイルＬ１が発生する磁束によって、第２のコイルＬ２には誘起電圧を発生させ、その誘起電圧を電力変換回路２１で所定の形態に変換して負荷３０に出力している。そして、信号発生装置２４は高周波インバータ回路１１の発振周波数の高調波と同じ周波数を有する信号を発生し、入力信号コイルＬｓがこの信号を検出して、インバータ制御回路１３はこの検出信号に基づいて高周波インバータ回路１１の発振を制御している。
【００４１】ここで、第１のコイルＬ１と入力信号コイルＬｓとは磁気的に疎結合となるように配置され、また第４のコイルＬ４と第５のコイルＬ５とも磁気的に疎結合となるように配置されている。そして、１次側の第４のコイルＬ４に対向して、２次側には第３のコイルＬ３が配置されている。磁気的に疎結合であるとは、一方のコイルが作る磁束の全てが他方のコイルに鎖交しない状態であり、例え、磁性体のコアがコイルの軸上にあっても、各コイルを完全に密着して重ねずに軸方向または半径方向に離して配置すれば疎結合になる。
【００４２】次に図２に示す具体的な回路構成を用いて、各部の構成について詳細に説明する。まず、非接触給電装置１の高周波インバータ回路１１は、自励発振回路であり、直流電源Ｅ１とスイッチＳ１との直列回路に並列接続した抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１との直列回路と、共振コンデンサＣ２と発振用のスイッチング素子ＦＥＴ１と抵抗Ｒ１との直列回路と備えており、共振コンデンサＣ２には第１のコイルＬ１が並列接続している。抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１との接続中点−スイッチング素子ＦＥＴ１のゲート間には、第１のコイルと図示の極性で密結合している帰還コイルＬ６が接続している。帰還コイルＬ６を介してコンデンサＣ１に並列に接続している自励発振制御用のスイッチング素子Ｔｒ１は、スイッチング素子ＦＥＴ１の発振を制御する素子である。また、スイッチング素子ＦＥＴ１のソース−スイッチング素子Ｔｒ１のベース間には抵抗Ｒ３が接続し、スイッチング素子Ｔｒ１のベース−エミッタ間にはコンデンサＣ３が接続している。
【００４３】信号受信回路１２の構成は図１と同様であり、一方の出力端は、高周波インバータ回路のグランド（直流電源Ｅ１の低電圧出力側）に接続している。
【００４４】インバータ制御回路１３は、高周波インバータ回路１１の自励発振制御用のスイッチング素子Ｔｒ１をオン・オフして、高周波インバータ回路１１の発振を連続発振と間欠発振との２通りに制御している回路で、信号受信回路１２の他方の出力端に一端を接続したダイオードＤ３とツェナダイオードＺＤ１と抵抗Ｒ７との直列回路の他端は発振切替用のスイッチング素子Ｔｒ２のベースに接続している。信号受信回路１２の出力端間にはダイオードＤ３を介してコンデンサＣ５が接続し、スイッチング素子Ｔｒ２のベース−エミッタ間には抵抗Ｒ８が接続している。スイッチング素子ＦＥＴ１のドレインは、抵抗Ｒ４，Ｒ５の直列回路を介してグランドレベルに接続しており、コンデンサＣ６はダイオードＤ２を介して抵抗Ｒ５に並列接続している。ダイオードＤ２とコンデンサＣ６との接続中点は、ダイオードＤ１と抵抗Ｒ３とを介して自励発振制御用のスイッチング素子Ｔｒ１のベースに接続しており、さらに抵抗Ｒ６を介してトランジスタＴｒ２のコレクタに接続している。ここで、抵抗Ｒ４，Ｒ５、ダイオードＤ１，Ｄ２、及びコンデンサＣ６は、スイッチング素子ＦＥＴ１の発振動作を間欠停止させる強制停止回路１５を構成している。
【００４５】非接触受電装置２の２次側回路２１は、第２のコイルＬ２の出力端間に接続したコンデンサＣ７と、第２のコイルＬ２の一方の出力端に直列接続した整流用のダイオードＤ４とを備えて、第２のコイルＬ２の誘起電圧を半波整流した出力を負荷である２次電池２２に供給しており、２次電池２２の両端は２次側制御回路２３に接続している。
【００４６】第３のコイルＬ３の両端間には、共振コンデンサＣ８と、ダイオードＤ５及び補助スイッチング素子Ｔｒ３の直列回路とを接続し、補助スイッチング素子Ｔｒ３のベースは２次側制御回路２３に接続している。
【００４７】次に、スイッチＳ１がオンになった時点からの発振開始から連続発振に至る過程を、図３に示す波形図を用いて説明する。まず、スイッチＳ１がオンすると、電圧Ｖｅ１を発生する直流電源Ｅ１は抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣ１を充電する。このとき第１のコイルＬ１と密結合している帰還コイルＬ６には、誘起電圧が発生していないため、スイッチング素子ＦＥＴ１のゲート電圧ＶｇはコンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１に等しい。ゲート電圧Ｖｇが次第に上昇し、スイッチング素子ＦＥＴ１をオンできる電圧Ｖｇｏｎに達するとスイッチング素子ＦＥＴ１はオンになり、ドレイン電圧Ｖｄは、ほぼゼロ電位になる。この時、第１のコイルＬ１と並列接続された共振コンデンサＣ２の両端の共振電圧Ｖｃ２は直流電源Ｅ１の電源電圧Ｖｅ１でチャージされて、第１のコイルＬ１には、ほぼ単調に増加するコイル電流ＩＬ１が流れ始める。
【００４８】コイル電流ＩＬ１が流れ始めると、第２のコイルＬ２にはトランスの作用によって誘起電圧が発生する。同様に第１のコイルＬ１と密結合している帰還コイルＬ６にも誘起電圧Ｖｆ１が発生する。すると、グランドレベルからみたゲート電圧Ｖｇは、Ｖｃ１＋Ｖｆ１となり、急速にスイッチング素子ＦＥＴ１は安定したオン状態となる。
【００４９】またコイル電流ＩＬ１は、スイッチング素子ＦＥＴ１を通じて抵抗Ｒ１に流れるドレイン電流Ｉｄとほぼ等しく、時間とともに抵抗Ｒ１の電圧Ｖｔｒ１が増加する。電圧Ｖｔｒ１が、スイッチング素子Ｔｒ１のオンが可能な電圧に達すると、スイッチング素子Ｔｒ１はオンし始める。スイッチング素子Ｔｒ１がオンし始めると、スイッチング素子ＦＥＴ１のゲート入力容量、及び帰還コイルＬ６を介したコンデンサＣ１の容量に蓄積されていた電荷を引き抜きはじめ、電圧Ｖｃ１、ゲート電圧Ｖｇは低下し始める。ゲート電圧Ｖｇの低下が進むと、スイッチング素子ＦＥＴ１はオフ状態への移行を開始し、オン抵抗が増加してドレイン電圧Ｖｄは次第に増加していく。
【００５０】ドレイン電圧Ｖｄの増加に応じて、共振電圧Ｖｃ２も減少し始め、そして帰還コイルＬ６の誘起電圧Ｖｆ１も減少し始めるためゲート電圧Ｖｇはさらに加速して低下する。この結果、急速にスイッチング素子ＦＥＴ１はオフ状態に移行し、電圧Ｖｔｒ１も減少してスイッチング素子Ｔｒ１は再びオフになる。
【００５１】また共振電圧Ｖｃ２は、共振コンデンサＣ２と第１のコイルＬ１との共振作用により正弦波状の電圧となり、コイル電流ＩＬ１も正弦波状になる。この間、直流電源Ｅ１から抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣ１への充電電流は常に流れており、電圧Ｖｃ１を再び増加させる。
【００５２】共振電圧Ｖｃ２が1サイクルの終了間近になると、ドレイン電圧Ｖｄはグランドレベルに近づき、そのときの帰還コイルＬ６の起電力Ｖｆ１と電圧Ｖｃ１との和のゲート電圧Ｖｇが、再びスイッチング素子ＦＥＴ１をオンさせる。以降は、前記動作の繰り返しにより発振が継続する。この一連の動作は、非接触受電装置２が非接触給電装置１に対向配置されてない状態、すなわち非接触給電装置１が単独の場合でも、第２のコイルに起電力を生じないこと以外は同様の動作となる。
【００５３】しかし、非接触給電装置１が単独の場合には、省エネルギーや金属異物の過熱保護のために高周波インバータ回路１１の発振を停止または抑制する必要がある。本実施形態では高周波インバータ回路１１の発振を強制停止回路１５によって間欠発振とすることでこの役割を果たしている。
【００５４】以下、図４に示す各部の波形図により間欠発振動作の制御について説明する。まず、スイッチＳ１を投入して連続発振が開始するまでは、前記図３での説明と同様である。図２のインバータ制御回路１３は、ドレイン電圧Ｖｄを抵抗Ｒ４，Ｒ５で抵抗分圧し、ダイオードＤ２を介してコンデンサＣ６に電荷を蓄積していく積分回路を有している。コンデンサＣ６の電圧はダイオードＤ１を介してトランジスタＴｒ１のベース抵抗Ｒ３に接続しており、コンデンサＣ６の電圧が、スイッチング素子Ｔｒ１をオンさせることができる入力電圧値とダイオードＤ１、抵抗Ｒ３の各電圧降下との和を超えると、スイッチング素子Ｔｒ１がオン状態になる。
【００５５】スイッチング素子Ｔｒ１がオン状態になると、スイッチング素子ＦＥＴ１のゲート入力容量、及び帰還コイルＬ６を介したコンデンサＣ１の容量に蓄積されていた電荷を引き抜く。この時スイッチング素子Ｔｒ１のオン時間が長く保持されると、電圧Ｖｃ１が、定常発振状態での電圧よりもさらに低下し、直流電源Ｅ１から抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣ１へ流れる充電電流による電圧回復が定常状態の電圧まで達せず、スイッチング素子ＦＥＴ１はオフ状態を継続することになる。
【００５６】したがって、直流電源Ｅ１から抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣ１へ流れる充電電流のみによる電圧Ｖｃ１がスイッチング素子ＦＥＴ１をオンできる入力電圧に達するまで次の発振起動は行われない。すなわちこの動作の繰り返しで安定した間欠発振となる。
【００５７】この間欠発振をさせるために重要なことは、まず、高周波インバータ回路１１を発振させてから、時間遅延をさせて停止する機能を持っていなければならないことである。理由は高周波インバータ回路１１が発振する前にスイッチング素子Ｔｒ１がオンになったとすると、永久に発振が停止した状態になるからである。図２の回路での発振停止状態は、ドレイン電圧Ｖｄの電位が電源電圧Ｖｅ１になるため、抵抗Ｒ４，Ｒ５の分圧比を、この発振停止状態ではスイッチング素子Ｔｒ１がオンしない値にしておく必要がある。そして発振が開始してからスイッチング素子Ｔｒ１がオンできるレベルに達するようにするには、発振によってドレイン電圧Ｖｄが電源電圧Ｖｅ１よりも大きくなったときの電圧を利用して、コンデンサＣ６を徐々に充電していき、適当な時間経過の後、スイッチング素子Ｔｒ１がオンできるように抵抗Ｒ４，Ｒ５の分圧比を設定しておけばよい。上記のように構成することで、図２に示す高周波インバータ回路１１とインバータ制御回路１３は、非接触給電装置１が単独の場合には、間欠発振を行うことができる。
【００５８】ところで、非接触給電装置１に非接触受電装置２が概略、対向配置されて電力伝達を行わせる必要がある場合には、この間欠発振を確実に停止させる機能が必要となる。間欠発振を確実に停止させる、すなわち連続発振をさせる機能を果たすために、非接触給電装置１から見て正しい負荷であるかどうかを判定する機能が必要であり、この確実な判定を行うために非接触受電装置２から非接触給電装置１に所定の信号を送る方法が考えられ、そこで非接触受電装置２側には高調波共振回路を用いた信号発生装置２４が必要となる。以下、この動作について説明する。
【００５９】非接触給電装置１では、共振コンデンサＣ４によって増幅された第４，第５のコイルの差動回路の出力は、ダイオードＤ３で整流されて、コンデンサＣ５に充電される。そして、コンデンサＣ５の充電電圧が、スイッチング素子Ｔｒ２をオンさせることができる入力電圧値とツェナダイオードＺＤ１のツェナ電圧と抵抗Ｒ７の電圧降下との和を超えると、スイッチング素子Ｔｒ２がオン状態になり、抵抗Ｒ６を介して接続しているコンデンサＣ６の電荷を引き抜く。すると、コンデンサＣ６の積分動作でトランジスタＴｒ１をオンにすることはできず、スイッチング素子ＦＥＴ１の間欠発振を停止して、連続発振にすることができる。
【００６０】したがって、非接触給電装置１に非接触受電装置２が概略、対向配置されて電力伝達を行わせる必要がある場合には、非接触給電装置１に非接触受電装置２が概略、対向配置されたことを、非接触受電装置２側で検知して、その検知したことを非接触給電装置１に固有の信号で伝えて、連続発振させればよい。
【００６１】ここで、信号発生装置２４を、使用する分離着脱式トランスの構造や仕様において高周波インバータ回路１１の発振周波数の３倍の周波数（第３次高調波成分）に共振するように第３のコイルＬ３と共振コンデンサＣ８とを設定しておけば、第１のコイルＬ１が発生した磁束を信号発生装置２４の第３のコイルＬ３が検出したときに、この磁束を励振源として、第３のコイルＬ３と共振コンデンサＣ８との高調波共振回路によって、信号発生装置２４の出力振幅を大きくできる。そして、第３のコイルＬ３は第３次高調波成分の周波数の共振電流によって励磁され、この磁束を入力信号コイルＬｓが検知して、大きな出力電圧を発生させて発振切替用のスイッチング素子Ｔｒ２をオンさせることで、高周波インバータ回路１１を連続発振させることができる。
【００６２】そして、第４のコイルＬ４、第５のコイルＬ５、及び共振コンデンサＣ４からなる差動共振回路として動作する信号受信回路１２を、信号発生装置２４で設定したのと同様に第３次高調波成分の周波数に共振して、出力振幅が大きくなるように設定すればより確実な信号検出を行うことができる。
【００６３】この信号検出動作の具体的な動作について以下、説明する。非接触給電装置１が単独の場合は、信号受信回路１２の入力信号コイルＬｓは１次側の磁束や磁場の情報を検出する。高周波インバータ回路１１が電圧共振型のインバータ回路であれば、第１のコイルＬ１の電圧や電流は、略正弦波状をしている。したがって、第３次高調波成分は小さく、信号受信回路１２はゼロ、または低い電圧を出力する。もし、第３次高調波成分が大きい場合には、信号受信回路１２で出力電圧が小さくなるように設定しておけばよい。したがって、スイッチング素子Ｔｒ２はオフのままであり、高周波インバータ回路１１は間欠発振を継続する。
【００６４】次に、非接触受電装置２が非接触給電装置１に概略、対向配置されて給電を必要とする場合には、間欠発振の発振期間に第１のコイルＬ１で発生した磁束が信号発生装置２４の第３のコイルＬ３にも鎖交し、鎖交した交番磁束は高周波インバータ回路１１の発振周波数を有する誘起電圧を第３のコイルＬ３に発生して、その誘起電圧によって第３のコイルＬ３と共振コンデンサＣ８とが直列共振動作を行う。このときの直列共振周波数は、発振周波数（基本波）の３倍、すなわち第３次高調波成分の周波数に設定しているため、第３のコイルＬ３には第３次高調波成分の周波数の交流電圧が大きく発生し、第３次高調波成分の周波数の交流電流を第３のコイルＬ３に流す。
【００６５】したがって、第３のコイルＬ３に対向して配置された第４のコイルＬ４には第３次高調波成分の周波数の交流電圧が誘起し、信号受信回路１２は、第３次高調波成分の周波数を有する大きな振幅の電圧を出力し、ダイオードＤ３，コンデンサＣ５で整流，平滑した電圧はスイッチング素子Ｔｒ２をオンして、高周波インバータ回路１１を間欠発振から連続発振動作に切替える。
【００６６】さらに、非接触受電装置２が非接触給電装置１に概略、対向配置されて給電を停止する必要がある場合には、２次側制御回路２３によって補助スイッチング素子Ｔｒ３をオンして、ダイオードＤ５を介して信号発生装置２４の両端を短絡すれば、高調波共振機能を失って、第３のコイルＬ３の両端に発生する第３次高調波成分の周波数の電圧がゼロまたは低減し、信号受信回路１２の出力もゼロ、または低い電圧となって、ダイオードＤ３，コンデンサＣ５で整流，平滑した電圧はスイッチング素子Ｔｒ２をオフさせて、高周波インバータ回路１１は間欠発振となる。この補助スイッチング素子Ｔｒ３による短絡は完全に行う必要はなく、周期的に短絡させても十分効果はある。また、信号発生装置２４の両端を短絡せずに、信号発生装置２４の回路の一部を開放して電流が流れなくすることも高調波共振機能を低減あるいは無くす方法の１つである。本実施形態では、ダイオードＤ５を介して補助スイッチング素子Ｔｒ３によって短絡しているので、交流の１方向のみを短絡しているが、このような１方向のみの短絡でも第３次高調波成分の低減効果は十分である。
【００６７】次に、図５は、非接触給電装置１に非接触受電装置２が概略、対向配置された構造の側面断面図を示しており、分離着脱自在なトランス構造をなしている。この分離着脱式トランスは、磁気抵抗を小さくするために断面コの字型の磁性体からなる第１，第２のコア１４，２５を備えており、第１のコイルＬ１は第１のコア１４の両端に設けた突部１４ａ，１４ｂ間に巻回され、第３、第４のコイルＬ３，Ｌ４は第１のコイルＬ１を軸方向に挟んで（第１のコイルＬ１の軸方向に対称に）、突部１４ａ，１４ｂ間に巻回され、帰還コイルＬ６は第１のコイルＬ１と第５のコイルＬ５とに軸方向に挟まれて突部１４ａ，１４ｂ間に巻回されている。第２のコイルＬ２は第２のコア２５の両端に設けた突部２５ａ，２５ｂ間に巻回され、第３のコイルＬ３は突部２５ａ，２５ｂ間の第４のコイルＬ４に対向する箇所に第２のコイルＬ２とは軸方向に分離して巻回されている。
【００６８】上記のように、自励発振用の帰還コイルＬ６は、第１のコイルＬ１が発生する磁束が鎖交するように第１のコイルＬ１の近傍に配置され、入力信号用コイルＬｓを構成する第４，第５のコイルＬ４，Ｌ５は、第１のコイルＬ１が発生する磁束に対して比較的疎結合になるように、第１のコイルＬ１から離れて配置されている。
【００６９】ここでのポイントは、第４，第５のコイルＬ４，Ｌ５は第１のコイルＬ１に対して磁気的に強く結合しないように配置されることである。その理由は、第４のコイルＬ４が第３のコイルＬ３から受けた信号を有効として、大きく出力しなければならないからであり、もし第４，第５のコイルＬ４，Ｌ５と第１のコイルＬ１とが磁気的に密結合であるならば、第３のコイルＬ３が発生する磁束信号を受けても、第４，第５のコイルＬ４，Ｌ５の出力変化の大部分は、第１のコイルＬ１が発生する磁束変化に支配されてしまうからである。
【００７０】また、第４，第５のコイルＬ４，Ｌ５は差動接続されており、第４のコイルＬ４での検出電圧の変化と第５のコイルＬ５での検出電圧の変化との差を出力して、出力の増幅効果を大きくみせたものである。つまり、第４，第５のコイルＬ４，Ｌ５の各誘起電圧が同じように変化しては効果が無く、一方のコイルのみの検出電圧の変化が必要である。したがって、差動接続された第４，第５のコイルＬ４，Ｌ５は、第３のコイルＬ３に対して磁気的に結合度の差を設ければよく、第４，第５のコイルＬ４，Ｌ５のうちいずれか一方のコイルと第３のコイルＬ３との磁気結合が密になるように互いに近くに配置し、他方のコイルと第３のコイルＬ３との磁気結合は疎になるように配置すればよい。本実施形態では、第４のコイルＬ４と第３のコイルＬ３との磁気結合が密になっており、第３のコイルＬ３は第４のコイルＬ４に対向する箇所に配置されている。
【００７１】このときの第３のコイルＬ３が発生する磁束１００は、第４のコイルＬ４に多くが鎖交し、第５のコイルＬ５に鎖交するものは少ない。実際には、第３のコイルＬ３が発生する磁束１００は、第１のコイルＬ１が発生する磁束や第２のコイルＬ２に流れる電流によって発生する磁束に重畳されることになるが、前記各コイルの磁気的結合の関係によって、第１のコイルＬ１，Ｌ２が発生する磁束の影響は、差動接続した第４，第５のコイルＬ４，Ｌ５の各出力がお互いに打ち消し合う関係になって、入力信号コイルＬｓからは出力されない。
【００７２】しかし、第３のコイルＬ３が発生する磁束の変化は、第４のコイルＬ４のみに多く鎖交して、入力信号コイルＬｓから大きな出力を生じさせることができる。しかも、本実施形態では、第３のコイルＬ３が発生する磁束は、高周波インバータ回路１１の発振周波数ではなく、第３次高調波成分の周波数であるため、第１のコイルＬ１の電流の影響や、他のコイルの電流の影響をさらに低減することができる。
【００７３】また、第３のコイルＬ３は第２のコイルＬ２の電流による磁束の影響を受けやすいが、第２のコイルＬ２と第３のコイルＬ３とを疎結合とすることによって、第２のコイルＬ２の電流による影響を受けずに、高調波成分の周波数の磁束のみを発生することができる。
【００７４】次に、図６は、非接触給電装置１が単独の場合の分離着脱式トランスの１次側の側面断面図を示しており、第１のコイルＬ１は磁束１０１を発生している。ここで重要なことは、第１のコイルＬ１を挟んで軸方向に対称に第４，第５のコイルＬ４，Ｌ５が離れて巻回されているので、第１のコイルＬ１のコイル電流ＩＬ１が発生する磁束１０１による鎖交磁束の変化は、第４，第５のコイルＬ４，Ｌ５ともに同じであり、差動出力はゼロまたは小さい値にすることができる。
【００７５】なお、本実施形態においては、信号発生装置２４が、高周波インバータ回路１１の発振周波数の第３次高調波の周波数の磁束を発生しているが、歪を有する波形は基本波に対して整数倍の高調波を含有しており、いずれの高調波を利用しても同様の効果を得ることができる。特に本実施形態のように波形が交流に近く、直流成分が小さい場合は奇数倍の高調波が支配的であり、これらの奇数倍の高調波を利用することができる。
【００７６】ところで、非接触給電装置１に非接触受電装置２が概略、対向配置された場合で、給電を拒否する場合に、図２に示す非接触給電システムでは信号発生装置２４を直接制御して高周波インバータ回路１１を間欠発振としているが、図７に示す非接触給電システムのように第２のコイルＬ２の出力端間にダイオードＤ８と補助スイッチング素子Ｔｒ５との直列回路を接続し、２次側制御回路２３からの信号で補助スイッチング素子Ｔｒ５をオンすることで第２のコイルＬ２の出力端間を短絡しても高周波インバータ回路１１を間欠発振とすることができる。また図８に示す非接触給電システムのように非接触受電装置２に補助コイルＬ７と補助コイルＬ７の両端間に接続した補助スイッチング素子Ｔｒ６とを設けて、２次側制御回路２３からの信号で補助スイッチング素子Ｔｒ６をオンすることで補助コイルＬ７の出力端間を短絡しても高周波インバータ回路１１を間欠発振とすることができる。これは、第２のコイルＬ２や補助コイルＬ７を短絡することで第１のコイルＬ１が発生する磁束を打ち消すように働いて磁束を弱める効果があるため、励振源として第３のコイルＬ３に鎖交する第１のコイルＬ１の磁束が弱くなることで信号発生装置２４の出力を小さくできるものである。
【００７７】また、図９に示すように、第３のコイルＬ３の両端間に、補助スイッチＳ３とコンデンサＣ１０との直列回路を接続しても、信号発生装置２４の出力を制御できる。これは、補助スイッチＳ３がオンすることでコンデンサＣ１０が共振コンデンサＣ８に並列に接続されて、高調波共振周波数を大きく変化させることができ、信号受信回路１２で設定している共振周波数からずれることで、信号受信回路１２の出力が変化するものである。同様に他のコイルを制御するスイッチング素子に直列あるいは並列にコンデンサを設けて制御しても信号発生装置２４の出力を制御できる。
【００７８】このように本実施形態の非接触給電システムは、電力の周波数の高調波周波数と同じ周波数の信号を用いて給電状況を識別して電力供給制御を行うことで、回路構成やトランス構造がシンプルになって、全体のシステムのサイズの小型化とコストダウンとを図ることができる。
【００７９】なお、図１，図７〜９に示す非接触給電システムでは、信号受信回路１２に第３，４のコイルＬ３，Ｌ４と共振コンデンサＣ４との差動共振回路を用いているが、本願発明の特徴は、信号発生装置２４によって特定の高調波周波数の磁束を発生させて、信号受信回路１２がこの磁束を検知するものであるから、信号受信回路１２は入力信号用コイルＬｓで検出した信号から特定の高調波周波数の信号を分離するフィルタ機能があればよい。
【００８０】（実施形態２）実施形態１では負荷が２次電池２２のような定電圧負荷であるが、負荷には定電圧負荷や抵抗負荷等いろいろある。また、交流を直流に変換して負荷に供給するために整流回路や平滑回路は必要であり、実施形態１では２次側の回路は半波整流回路で構成されている。この整流、平滑方式や負荷の種類は非接触給電システムの応用目的で決まり、電動歯ブラシや電気シェーバ等の携帯用電子機器では負荷として２次電池を用い、整流回路としては低コストである半波整流回路をよく用いる。このような２次側回路や負荷を持つ場合には、非接触受電装置２内に信号発生装置２４のような高調波周波数の磁束を発生させる回路を設けなくても、例えば第２のコイルＬ２の電流の波形に高調波成分が多く含まれておれば、その情報を入力信号コイルＬｓで検出させればよい。図１０は実施形態１における第２のコイルＬ２の両端電圧Ｖｌ２波形であり、半波整流用のダイオードＤ４が導通している期間の電圧Ｖ１０は２次電池２２とダイオードＤ４の電圧降下との和に略等しい。
【００８１】また、第１のコイルＬ１と第２のコイルＬ２とは疎結合となっているので、図１１の２次側回路の等価回路に示すように、２次側換算の漏れインダクタンスＬａが無視できず、第２のコイルＬ２に誘導された電圧源ＡＣ１は直列に挿入されたインダクタンスＬａを介して、ダイオードＤ４、２次電池２２の直列回路に接続される。このような回路では誘導された電圧源ＡＣ１が正弦波であっても、第２のコイルＬ２の両端電圧は図１０R>０のように正弦波とはかけ離れた波形となり、さらに周期Ｔ０は正弦波状に変化している期間Ｔ１の約３倍になっている。このことは、電圧Ｖｌ２が基本波の３倍の高調波成分（第３次高調波）を多く含んでいることを示している。
【００８２】第２のコイルＬ２の電圧波形が図１０のようであれば、第２のコイルＬ２のコイル電流により発生する磁束成分は分離着脱自在なトランス部全体に強い影響を与えるため、信号受信回路１２が第３次高調波の周波数を選択して増幅すれば、非接触給電装置１に非接触受電装置２が概略、対向配置されるだけで高周波インバータ回路１１の動作を間欠発振から連続発振に切替えることができる。このとき、実施形態１同様に、高周波インバータ回路１１の発振周波数の３倍の周波数（第３次高調波成分）に共振するように第３のコイルＬ３と共振コンデンサＣ８とを設定した信号発生装置２４を組み合わせれば、より効果的となる。なお、図１０に示す第２のコイルＬ２の電圧波形Ｖｌ２は、整流条件や負荷条件等により変化するので、第３次高調波に限らずその時の電圧波形に最も多く含まれる高調波を利用すればよい。
【００８３】次に、図１２に第２のコイルＬ２の電圧・電流波形から高調波成分を有効に取り出す分離着脱自在なトランス構造の側面断面図を示し、この分離着脱式トランスは、磁気抵抗を小さくするために断面コの字型の磁性体からなる第１，第２のコア１４，２５を備えており、第１のコイルＬ１は第１のコア１４の両端に設けた突部１４ａ，１４ｂ間に巻回され、第３、第４のコイルＬ３，Ｌ４は第１のコイルＬ１を軸方向に挟んで（第１のコイルＬ１の軸方向に対称に）、突部１４ａ，１４ｂ間に巻回され、帰還コイルＬ６は第１のコイルＬ１と第５のコイルＬ５とに軸方向に挟まれて突部１４ａ，１４ｂ間に巻回されている。第２のコイルＬ２は第２のコア２５の両端に設けた突部２５ａ，２５ｂ間に突部２５ａ側に偏倚して巻回されている。
【００８４】ここでのポイントは、差動接続した第４，第５のコイルＬ４，Ｌ５を第１のコイルＬ１と磁気的に疎結合とし、第２のコイルＬ２と第４のコイルＬ４との磁気結合度が、第２のコイルＬ２と第５のコイルＬ５との磁気結合度よりも大きくなるように構成したことである。
【００８５】（実施形態３）図１３に示す本実施形態の非接触給電システムは、実施形態１の図２に示す非接触給電システムと略同様であるが、信号発生装置２４の構成が異なり、第３のコイルＬ３に直列にチョークコイルＬ７を接続し、第３のコイルＬ３とチョークコイルＬ７との直列回路に共振コンデンサＣ８を並列接続した構成となっている。
【００８６】このような本実施形態では、第３のコイルＬ３に直列にチョークコイルＬ７を接続したことでインダクタンス値を大きくしたもので、スペースの関係等で第３のコイルＬ３の巻数を大きくできないときは、インダクタンス値が小さいために共振電流が大きくなりすぎて損失熱が無視できなくなる場合がある。このようなときには、第３のコイルＬ３に、大きなインダクタンス値を有するチョークコイルＬ７を直列接続して共振回路を構成すれば、共振電流を低減することができる。
【００８７】なお、実施形態１，２，３は、「電力供給側が単独の場合での、省エネ制御や金属異物過熱対策のための発振停止または抑制制御」と「正しい負荷が装着された場合での連続給電制御」と「負荷側からの要求に基づく電力伝達制御」の３つの制御を対象にしているが、「電力供給側が単独の場合での、省エネ制御や金属異物過熱対策のための発振停止または抑制制御」と「正しい負荷が装着された場合での連続給電制御」の２つの制御のみを対象にした場合にも適用できる。
【００８８】
【発明の効果】請求項１の発明は、高周波電力を出力する高周波インバータ回路と、前記高周波インバータ回路を制御するインバータ制御回路と、前記高周波インバータ回路から高周波電力を供給され、磁気結合による給電を行う第１のコイルと、入力信号コイルを有する信号受信回路とを備えて、前記入力信号コイルが検出した信号に基づいて前記インバータ制御回路が前記高周波インバータ回路を制御する非接触給電装置と、第１のコイルに対向配置されて磁気結合による受電を行う第２のコイルと、第２のコイルの出力を所定の電気エネルギーに変換するための電力変換回路と、前記高周波インバータ回路の発振周波数の高調波成分の周波数を有する信号を発生する信号発生装置と、前記信号発生装置が発生する信号を制御する２次側制御回路と、前記電力変換回路から電気エネルギーを供給される負荷とを有する非接触受電装置とで構成され、第１のコイルと第２のコイルとは互いに分離着脱自在なトランス構造を有し、前記入力信号コイルは、前記非接触受電装置の有無を検出した信号、及び前記信号発生装置が発生する信号を検出した信号を出力するので、電力の周波数の高調波周波数と同じ周波数の信号を用いて給電状況を識別して電力供給制御を行うことで、回路構成やトランス構造がシンプルになって、全体のシステムのサイズの小型化とコストダウンとを図ることができる。したがって受電側の状況を識別して電力供給制御を行うことができ、且つシンプルな構造を有する非接触電力伝達装置を提供することができるという効果がある。
【００８９】請求項２の発明は、請求項１において、前記信号発生装置は、第３のコイルとコンデンサとからなり、前記高調波成分の周波数の共振周波数を有する共振回路であって、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置された場合に、前記非接触給電装置及び非接触受電装置内の磁場、磁束、あるいは前記非接触受電装置内の電圧または電流情報から取り出した前記高調波成分の周波数の信号を発生させ、前記入力信号コイルは前記高調波成分の周波数の信号を検出し、前記インバータ制御回路は前記入力信号コイルが検出した信号に基づいて前記高周波インバータ回路を制御して、前記非接触給電装置から前記非接触受電装置への給電制御を行うので、信号発生装置に共振回路を用いて高調波成分の周波数の信号を発生することができるという効果がある。
【００９０】請求項３の発明は、請求項１または２において、前記高調波成分の周波数は、前記高周波インバータ回路の発振周波数の奇数倍の高調波成分の周波数であるので、交流に近く、直流成分が小さい波形を発生する装置は、容易に高調波成分の周波数の信号を発生することができるという効果がある。
【００９１】請求項４の発明は、請求項３において、前記奇数倍の高調波成分は第３次高調波成分であるので、第２のコイルの出力を半波整流する回路と定電圧負荷とを備えた構成では、容易に高調波成分の周波数の信号を発生することができるという効果がある。
【００９２】請求項５の発明は、請求項１乃至４いずれかにおいて、前記電力変換回路は、第２のコイルの出力を半波整流する回路を備えるので、低コスト化を図ることができるという効果がある。
【００９３】請求項６の発明は、請求項１乃至５いずれかにおいて、前記信号受信回路は、前記入力信号コイルに接続した共振コンデンサを備え、前記高調波成分の周波数に共振するので、確実な信号検出を行うことができるという効果がある。
【００９４】請求項７の発明は、請求項１乃至６いずれかにおいて、前記入力信号コイルは、差動接続した第４のコイルと第５のコイルとからなるので、第４のコイルと第５のコイルとで検出した信号を差動出力して大きくすることができるという効果が有る。
【００９５】請求項８の発明は、請求項１乃至７いずれかにおいて、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を要求する場合に、前記信号発生装置の出力が大きくなるので、受電側の状況を識別することができるという効果がある。
【００９６】請求項９の発明は、請求項１乃至８いずれかにおいて、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合に、前記２次側制御回路は前記信号発生装置の出力を低減させるので、請求項８と同様の効果を奏する。
【００９７】請求項１０の発明は、請求項１乃至９いずれかにおいて、前記非接触給電装置が単独で存在する場合に、前記高周波インバータ回路は間欠発振を行うので、省エネルギー化、及び金属異物の過熱対策を図ることができるという効果がある。
【００９８】請求項１１の発明は、請求項２乃至１０いずれかにおいて、前記高周波インバータ回路は、発振用スイッチング素子と、発振用スイッチング素子の制御端をグランドレベルに接続する自励制御用スイッチング素子とを備えて自励発振を行い、前記インバータ制御回路は、前記自励制御用スイッチング素子の発振を間欠に停止させることで前記発振用スイッチング素子の発振動作を間欠停止させる強制停止回路と、前記入力信号コイルの出力でオンすることにより前記強制停止回路の間欠停止動作を停止させる発振切替用スイッチング素子とを備え、前記非接触給電装置が単独である場合、前記入力信号コイルの出力電圧は前記発振切替用スイッチング素子がオフとなる電圧に維持され、前記強制停止回路が動作して前記発振用スイッチング素子の発振動作を間欠発振に制御し、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を要求する場合、前記信号発生装置は、前記発振用スイッチング素子の発振動作が間欠発振である期間に発生した前記非接触給電装置及び非接触受電装置内の磁場、磁束、あるいは前記非接触受電装置内の電圧または電流情報から取り出した前記高調波成分の周波数の信号で第３のコイルを励磁し、第３のコイルと概略、対向配置されて、第３のコイルで発生した磁束を検出する前記入力信号コイルの出力電圧は前記発振切替用スイッチング素子がオンとなる電圧になり、前記強制停止回路が動作を停止して前記発振用スイッチング素子の発振動作を連続発振に制御し、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合、前記信号発生装置は、前記高調波成分の周波数の信号を低減させて第３のコイルの励磁を抑制し、前記入力信号コイルの出力電圧は前記発振切替用スイッチング素子がオフとなる電圧になり、前記強制停止回路が動作して前記発振用スイッチング素子の発振動作を間欠発振に制御するので、非接触給電装置に自励制御インバータを用いて、識別した受電側の状況に応じて連続発振と間欠発振とを切替えることができるという効果がある。
【００９９】請求項１２の発明は、請求項２乃至１１いずれかにおいて、前記非接触受電装置は、第３のコイルとコンデンサとからなる共振回路の少なくとも一部を短絡または開放する補助スイッチング素子を備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合に、前記２次側制御回路は、前記補助スイッチング素子を動作させて、前記信号発生装置の共振回路が発生する信号の周波数、振幅、波形のうち少なくとも１つを給電を必要とする場合の周波数、振幅、波形に対して変化させて、前記入力信号コイルは前記信号発生装置が発生した信号を検出し、前記インバータ制御回路は前記入力信号コイルが検出した信号に基づいて前記高周波インバータ回路を制御して、前記非接触給電装置から前記非接触受電装置への給電を低減させるので、補助スイッチング素子をオン・オフすることで信号発生装置が発生する信号を変化させて、受電側の状況を識別して電力供給制御を行うことができるという効果がある。
【０１００】請求項１３の発明は、請求項２乃至１１いずれかにおいて、前記非接触受電装置は、前記信号発生装置以外の内部回路の少なくとも一部を短絡または開放する補助スイッチング素子を備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合に、前記２次側制御回路は、前記補助スイッチング素子を動作させて、前記信号発生装置の共振回路が発生する信号の周波数、振幅、波形のうち少なくとも１つを、給電を必要とする場合の周波数、振幅、波形に対して変化させて、前記入力信号コイルは前記信号発生装置が発生した信号を検出し、前記インバータ制御回路は前記入力信号コイルが検出した信号に基づいて前記高周波インバータ回路を制御して、前記非接触給電装置から前記非接触受電装置への給電を低減させるので、請求項１２と同様の効果を奏する。
【０１０１】請求項１４の発明は、請求項１３において、前記非接触受電装置は、第１のコイルが発生する磁束の少なくとも一部が鎖交する補助コイルと、前記補助コイルを短絡または開放する補助スイッチング素子とを備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合に、前記２次側制御回路は、前記補助スイッチング素子を動作させて、前記信号発生装置の共振回路が発生する信号の周波数、振幅のうち少なくとも１つを給電を必要とする場合の周波数、振幅に対して小さくするので、請求項１２と同様の効果を奏する。
【０１０２】請求項１５の発明は、請求項１２において、前記信号発生装置は、第３のコイルとコンデンサとを並列接続した共振回路からなり、前記並列回路の両端間にダイオードと補助スイッチング素子との直列回路を備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合は、前記２次側制御回路が前記補助スイッチング素子をオンさせて、第３のコイルの励磁を抑制するので、請求項１２と同様の効果を奏する。
【０１０３】請求項１６の発明は、請求項１３において、前記非接触受電装置は、第２のコイルを短絡または開放する補助スイッチング素子を備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合は、前記２次側制御回路は、前記補助スイッチング素子を動作させて、前記信号発生装置の共振回路が発生する信号の周波数、振幅のうち少なくとも１つを、給電を必要とする場合の周波数、振幅に対して小さくするので、請求項１２と同様の効果を奏する。
【０１０４】請求項１７の発明は、請求項１２乃至１６いずれかにおいて、前記補助スイッチング素子は一方向に導通する素子であるので、補助スイッチング素子を容易に選定することができるという効果がある。
【０１０５】請求項１８の発明は、請求項１２乃至１７いずれかにおいて、前記補助スイッチング素子に直列接続したコンデンサを備えるので、補助スイッチング素子をオン・オフすることで、信号発生装置が発生する信号の周波数を大きく変化させて、受電側の状況判別を、より確実に行うことができるという効果がある。
【０１０６】請求項１９の発明は、請求項１２乃至１７いずれかにおいて、前記補助スイッチング素子に並列接続したコンデンサを備えるので、請求項１８と同様の効果を奏する。
【０１０７】請求項２０の発明は、請求項１乃至１９いずれかにおいて、第２のコイルと第３のコイルとの磁気結合は疎結合であるので、第２のコイルのコイル電流による影響を受けずに、第３のコイルは磁束を発生することができるという効果がある。
【０１０８】請求項２１の発明は、請求項１乃至２０いずれかにおいて、前記入力信号コイルの出力部に、前記高調波成分の周波数と同じ周波数帯域を検出するフィルタを備えたので、確実な信号検出を行うことができるという効果がある。。
【０１０９】請求項２２の発明は、請求項１乃至２１いずれかにおいて、前記高周波インバータ回路は、第１のコイルの両端間に正弦波状の交番電圧を印加するので、高周波インバータ回路として電圧共振型のインバータ回路を用いることができるという効果がある。
【０１１０】請求項２３の発明は、請求項１乃至２２いずれかにおいて、前記高周波インバータ回路は、発振用スイッチング素子と、前記発振用スイッチング素子または第１のコイルに並列接続した共振コンデンサとを備えた一石の電圧共振インバータであるので、第１のコイルの両端間に正弦波状の交番電圧を印加することができるという効果がある。
【０１１１】請求項２４の発明は、請求項７乃至２３いずれかにおいて、前記入力信号コイルを構成する差動接続した第４、第５のコイルと第１のコイルとの磁気結合は疎結合であり、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか一方と第３のコイルとの磁気結合度は、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか他方と第３のコイルとの磁気結合度より大きいので、第４のコイルと第５のコイルとの差動出力を得ることができるという効果がある。
【０１１２】請求項２５の発明は、請求項２４において、第４，第５のコイルは第１のコイルに対し対称な位置に配置され、第３のコイルは、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか一方に対向して配置されるので、第４のコイルと第５のコイルとの差動出力に対する第１のコイルで発生する磁束の影響を小さくすることができ、且つ、第３のコイルと第４のコイルとの磁気結合度と、第３のコイルと第５のコイルとの磁気結合度とを異ならせることができるという効果がある。
【０１１３】請求項２６の発明は、請求項１において、非接触給電装置から非接触受電装置への給電が行われているとき、第２のコイルの両端電圧、コイル電流は歪んだ波形となり、前記信号発生装置は、第２のコイルの両端電圧、コイル電流に含まれる高調波成分を発生源とした信号を発生するので、信号発生装置を容易に構成することができるという効果がある。
【０１１４】請求項２７の発明は、請求項２６において、前記入力信号コイルを構成する差動接続した第４、第５のコイルと第１のコイルとの磁気結合は疎結合であり、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか一方と第２のコイルとの磁気結合度は、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか他方と第２のコイルとの磁気結合度より大きいので、第２のコイルが発生する磁束による差動出力を得ることができるという効果がある。
【０１１５】請求項２８の発明は、請求項１乃至２７いずれかにおいて、前記信号発生装置は、前記高調波成分の周波数の共振周波数を有する第３のコイルとコンデンサとの共振回路による信号発生手段と、第２のコイルの両端電圧、コイル電流に含まれる高調波成分を発生源とした信号を発生する信号発生手段とを備えるので、受電側の状況をより判別しやすい信号を、信号発生装置で発生することができるという効果がある。
【０１１６】請求項２９の発明は、請求項１乃至２５，２８いずれかにおいて、前記信号発生装置は、第３のコイルに直列接続したインダクタを備えるので、第３のコイルのインダクタンスが小さい場合でも、電流による損失を低減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のブロック構成を示す図である。
【図２】同上の第１の回路構成を示す図である。
【図３】同上の起動から連続発振に至る各部の波形を示す図である。
【図４】同上の起動から間欠発振に至る各部の波形を示す図である。
【図５】同上の分離着脱式トランスの構造例を示す側面断面図である。
【図６】同上の分離着脱式トランスの構造例の１次側を示す側面断面図である。
【図７】同上の第２の回路構成を示す図である。
【図８】同上の第３の回路構成を示す図である。
【図９】同上の第４の回路構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態２の第２のコイルの両端電圧波形を示す図である。
【図１１】同上の２次側の等価回路を示す図である。
【図１２】同上の分離着脱式トランスの構造例を示す側面断面図である。
【図１３】本発明の実施形態３の回路構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 非接触給電装置
２ 非接触受電装置
１１ 高周波インバータ回路
１２ 信号受信回路
１３ インバータ制御回路
２１ 電力変換回路
２３ ２次側制御回路
２４ 信号発生装置
３０ 負荷
Ｌ１〜Ｌ５ 第１〜第５のコイル
Ｌｓ 入力信号用コイル
Ｃ４，Ｃ８ 共振コンデンサ
Ｓ２ スイッチ
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非接触給電システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、携帯用電子機器や電気自動車、産業機器等への非接触電力伝達技術の採用が広がっている。特に電動歯ブラシや電気シェーバ等の水まわりで使う商品には、この技術が重宝される。電力供給側（給電側）と負荷側（受電側）とを着脱して用いる非接触給電システムにおいて、電力供給側から負荷側に電磁誘導により電力を供給する場合、負荷側が外されているときには電力供給側インバータ回路で用いる発振用のスイッチング素子の発振を停止、または発振強度の低減を行う必要がある。この理由は、負荷がない場合に発振を継続させると、電力供給側の電力損失によりエネルギーの無駄使いになってしまうからであり、また、正しい負荷以外の例えば金属異物が置かれれば、誘導加熱作用により、金属の異常過熱を生じ危険であるからである。さらに、負荷が２次電池等の場合、２次電池がフル充電された時点で充電制御を施す必要がある。
【０００３】すなわち非接触電力伝達には「電力供給側が単独の場合での、省エネ制御や金属異物過熱対策のための発振停止または抑制制御」と「正しい負荷が装着された場合での連続給電制御」と「負荷側からの要求に基づく電力伝達制御」の３つの制御が必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記３つの制御を全部あるいは一部満たす従来例が、いくつか提案されている。たとえば特開平６−３１１６５８号公報で開示された技術がある。これは独立した１対の信号用コイルを、電力供給側と負荷側との１対の電力用コイルとは別途に設け、負荷が装着されると１対の電力用コイルの誘導により負荷に電力が伝達される。そして、この電力を用いて負荷側の制御回路を駆動し、１対の信号用コイルによって制御信号を負荷側から電力供給側に戻して、電力供給側はこの制御信号に基づいて発振動作を制御するものである。
【０００５】ところが、この構成は負荷検出および発振制御のための回路が別途必要であり、さらに信号周波数を電力送受のための周波数に対して識別しやすくするために、信号周波数を高くとる必要が生じて信号発生回路が複雑になり、またそれによるノイズ対策強化等でサイズアップやコストアップをもたらすという欠点がある。
【０００６】また、特開平１１−１７８２４９号公報は自励発振の特性を生かし、正帰還ループを電力供給側内部から、一旦負荷側へ出し、再び電力供給側へ戻して、その帰還ループを負荷情報に利用するという極めてシンプルな回路で負荷の検出を行うことができ、省電力化および金属異物過熱防止を行うことができる回路である。さらに、電力周波数と信号周波数とが同一の周波数が使えるためにシンプルな構成で非接触電力伝達を行うことができる。しかし、制御信号が電力用周波数とおなじ周波数の正帰還フイードバック信号であるため、その信号振幅の増幅制御ができず、ノイズマージンが取りにくいという欠点がある。
【０００７】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、受電側の状況を識別して電力供給制御を行うことができて、シンプルな構造を有する非接触給電システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、高周波電力を出力する高周波インバータ回路と、前記高周波インバータ回路を制御するインバータ制御回路と、前記高周波インバータ回路から高周波電力を供給され、磁気結合による給電を行う第１のコイルと、入力信号コイルを有する信号受信回路とを備えて、前記入力信号コイルが検出した信号に基づいて前記インバータ制御回路が前記高周波インバータ回路を制御する非接触給電装置と、第１のコイルに対向配置されて磁気結合による受電を行う第２のコイルと、第２のコイルの出力を所定の電気エネルギーに変換するための電力変換回路と、前記高周波インバータ回路の発振周波数の高調波成分の周波数を有する信号を発生する信号発生装置と、前記信号発生装置が発生する信号を制御する２次側制御回路と、前記電力変換回路から電気エネルギーを供給される負荷とを有する非接触受電装置とで構成され、第１のコイルと第２のコイルとは互いに分離着脱自在なトランス構造を有し、前記入力信号コイルは、前記非接触受電装置の有無を検出した信号、及び前記信号発生装置が発生する信号を検出した信号を出力することを特徴とする。
【０００９】請求項２の発明は、請求項１において、前記信号発生装置は、第３のコイルとコンデンサとからなり、前記高調波成分の周波数の共振周波数を有する共振回路であって、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置された場合に、前記非接触給電装置及び非接触受電装置内の磁場、磁束、あるいは前記非接触受電装置内の電圧または電流情報から取り出した前記高調波成分の周波数の信号を発生させ、前記入力信号コイルは前記高調波成分の周波数の信号を検出し、前記インバータ制御回路は前記入力信号コイルが検出した信号に基づいて前記高周波インバータ回路を制御して、前記非接触給電装置から前記非接触受電装置への給電制御を行うことを特徴とする。
【００１０】請求項３の発明は、請求項１または２において、前記高調波成分の周波数は、前記高周波インバータ回路の発振周波数の奇数倍の高調波成分の周波数であることを特徴とする。
【００１１】請求項４の発明は、請求項３において、前記奇数倍の高調波成分は第３次高調波成分であることを特徴とする。
【００１２】請求項５の発明は、請求項１乃至４いずれかにおいて、前記電力変換回路は、第２のコイルの出力を半波整流する回路を備えることを特徴とする。
【００１３】請求項６の発明は、請求項１乃至５いずれかにおいて、前記信号受信回路は、前記入力信号コイルに接続した共振コンデンサを備え、前記高調波成分の周波数に共振することを特徴とする。
【００１４】請求項７の発明は、請求項１乃至６いずれかにおいて、前記入力信号コイルは、差動接続した第４のコイルと第５のコイルとからなることを特徴とする。
【００１５】請求項８の発明は、請求項１乃至７いずれかにおいて、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を要求する場合に、前記信号発生装置の出力が大きくなることを特徴とする。
【００１６】請求項９の発明は、請求項１乃至８いずれかにおいて、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合に、前記２次側制御回路は前記信号発生装置の出力を低減させることを特徴とする。
【００１７】請求項１０の発明は、請求項１乃至９いずれかにおいて、前記非接触給電装置が単独で存在する場合に、前記高周波インバータ回路は間欠発振を行うことを特徴とする。
【００１８】請求項１１の発明は、請求項２乃至１０いずれかにおいて、前記高周波インバータ回路は、発振用スイッチング素子と、発振用スイッチング素子の制御端をグランドレベルに接続する自励制御用スイッチング素子とを備えて自励発振を行い、前記インバータ制御回路は、前記自励制御用スイッチング素子の発振を間欠に停止させることで前記発振用スイッチング素子の発振動作を間欠停止させる強制停止回路と、前記入力信号コイルの出力でオンすることにより前記強制停止回路の間欠停止動作を停止させる発振切替用スイッチング素子とを備え、前記非接触給電装置が単独である場合、前記入力信号コイルの出力電圧は前記発振切替用スイッチング素子がオフとなる電圧に維持され、前記強制停止回路が動作して前記発振用スイッチング素子の発振動作を間欠発振に制御し、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を要求する場合、前記信号発生装置は、前記発振用スイッチング素子の発振動作が間欠発振である期間に発生した前記非接触給電装置及び非接触受電装置内の磁場、磁束、あるいは前記非接触受電装置内の電圧または電流情報から取り出した前記高調波成分の周波数の信号で第３のコイルを励磁し、第３のコイルと概略、対向配置されて、第３のコイルで発生した磁束を検出する前記入力信号コイルの出力電圧は前記発振切替用スイッチング素子がオンとなる電圧になり、前記強制停止回路が動作を停止して前記発振用スイッチング素子の発振動作を連続発振に制御し、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合、前記信号発生装置は、前記高調波成分の周波数の信号を低減させて第３のコイルの励磁を抑制し、前記入力信号コイルの出力電圧は前記発振切替用スイッチング素子がオフとなる電圧になり、前記強制停止回路が動作して前記発振用スイッチング素子の発振動作を間欠発振に制御することを特徴とする。
【００１９】請求項１２の発明は、請求項２乃至１１いずれかにおいて、前記非接触受電装置は、第３のコイルとコンデンサとからなる共振回路の少なくとも一部を短絡または開放する補助スイッチング素子を備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合に、前記２次側制御回路は、前記補助スイッチング素子を動作させて、前記信号発生装置の共振回路が発生する信号の周波数、振幅、波形のうち少なくとも１つを給電を必要とする場合の周波数、振幅、波形に対して変化させて、前記入力信号コイルは前記信号発生装置が発生した信号を検出し、前記インバータ制御回路は前記入力信号コイルが検出した信号に基づいて前記高周波インバータ回路を制御して、前記非接触給電装置から前記非接触受電装置への給電を低減させることを特徴とする。
【００２０】請求項１３の発明は、請求項２乃至１１いずれかにおいて、前記非接触受電装置は、前記信号発生装置以外の内部回路の少なくとも一部を短絡または開放する補助スイッチング素子を備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合に、前記２次側制御回路は、前記補助スイッチング素子を動作させて、前記信号発生装置の共振回路が発生する信号の周波数、振幅、波形のうち少なくとも１つを、給電を必要とする場合の周波数、振幅、波形に対して変化させて、前記入力信号コイルは前記信号発生装置が発生した信号を検出し、前記インバータ制御回路は前記入力信号コイルが検出した信号に基づいて前記高周波インバータ回路を制御して、前記非接触給電装置から前記非接触受電装置への給電を低減させることを特徴とする請求項２乃至１１いずれか記載の非接触給電システム。
【００２１】請求項１４の発明は、請求項１３において、前記非接触受電装置は、第１のコイルが発生する磁束の少なくとも一部が鎖交する補助コイルと、前記補助コイルを短絡または開放する補助スイッチング素子とを備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合に、前記２次側制御回路は、前記補助スイッチング素子を動作させて、前記信号発生装置の共振回路が発生する信号の周波数、振幅のうち少なくとも１つを給電を必要とする場合の周波数、振幅に対して小さくすることを特徴とする。
【００２２】請求項１５の発明は、請求項１２において、前記信号発生装置は、第３のコイルとコンデンサとを並列接続した共振回路からなり、前記並列回路の両端間にダイオードと補助スイッチング素子との直列回路を備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合は、前記２次側制御回路が前記補助スイッチング素子をオンさせて、第３のコイルの励磁を抑制することを特徴とする。
【００２３】請求項１６の発明は、請求項１３において、前記非接触受電装置は、第２のコイルを短絡または開放する補助スイッチング素子を備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合は、前記２次側制御回路は、前記補助スイッチング素子を動作させて、前記信号発生装置の共振回路が発生する信号の周波数、振幅のうち少なくとも１つを、給電を必要とする場合の周波数、振幅に対して小さくすることを特徴とする。
【００２４】請求項１７の発明は、請求項１２乃至１６いずれかにおいて、前記補助スイッチング素子は一方向に導通する素子であることを特徴とする。
【００２５】請求項１８の発明は、請求項１２乃至１７いずれかにおいて、前記補助スイッチング素子に直列接続したコンデンサを備えることを特徴とする。
【００２６】請求項１９の発明は、請求項１２乃至１７いずれかにおいて、前記補助スイッチング素子に並列接続したコンデンサを備えることを特徴とする。
【００２７】請求項２０の発明は、請求項１乃至１９いずれかにおいて、第２のコイルと第３のコイルとの磁気結合は疎結合であることを特徴とする。
【００２８】請求項２１の発明は、請求項１乃至２０いずれかにおいて、前記入力信号コイルの出力部に、前記高調波成分の周波数と同じ周波数帯域を検出するフィルタを備えたことを特徴とする。
【００２９】請求項２２の発明は、請求項１乃至２１いずれかにおいて、前記高周波インバータ回路は、第１のコイルの両端間に正弦波状の交番電圧を印加することを特徴とする。
【００３０】請求項２３の発明は、請求項１乃至２２いずれかにおいて、前記高周波インバータ回路は、発振用スイッチング素子と、前記発振用スイッチング素子または第１のコイルに並列接続した共振コンデンサとを備えた一石の電圧共振インバータであることを特徴とする。
【００３１】請求項２４の発明は、請求項７乃至２３いずれかにおいて、前記入力信号コイルを構成する差動接続した第４、第５のコイルと第１のコイルとの磁気結合は疎結合であり、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか一方と第３のコイルとの磁気結合度は、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか他方と第３のコイルとの磁気結合度より大きいことを特徴とする。
【００３２】請求項２５の発明は、請求項２４において、第４，第５のコイルは第１のコイルに対し対称な位置に配置され、第３のコイルは、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか一方に対向して配置されることを特徴とする。
【００３３】請求項２６の発明は、請求項１において、非接触給電装置から非接触受電装置への給電が行われているとき、第２のコイルの両端電圧、コイル電流は歪んだ波形となり、前記信号発生装置は、第２のコイルの両端電圧、コイル電流に含まれる高調波成分を発生源とした信号を発生することを特徴とする。
【００３４】請求項２７の発明は、請求項２６において、前記入力信号コイルを構成する差動接続した第４、第５のコイルと第１のコイルとの磁気結合は疎結合であり、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか一方と第２のコイルとの磁気結合度は、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか他方と第２のコイルとの磁気結合度より大きいことを特徴とする。
【００３５】請求項２８の発明は、請求項１乃至２７いずれかにおいて、前記信号発生装置は、前記高調波成分の周波数の共振周波数を有する第３のコイルとコンデンサとの共振回路による信号発生手段と、第２のコイルの両端電圧、コイル電流に含まれる高調波成分を発生源とした信号を発生する信号発生手段とを備えることを特徴とする。
【００３６】請求項２９の発明は、請求項１乃至２５，２８いずれかにおいて、前記信号発生装置は、第３のコイルに直列接続したインダクタを備えることを特徴とする。
【００３７】
【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。
【００３８】（実施形態１）本実施形態の非接触給電システムのブロック構成図を図１に示す。非接触給電システムは、電力供給を行う非接触給電装置１と、電力を供給される負荷を含む非接触受電装置２とからなり、非接触給電装置１は、高周波電力を出力する高周波インバータ回路１１と、高周波インバータ回路１１を制御するインバータ制御回路１３と、高周波インバータ回路１１から高周波電力を供給され、磁気結合による給電を行う第１のコイルＬ１と、互いに極性を反対にして直列に差動接続した第４のコイルＬ４、第５のコイルＬ５からなる入力信号用コイルＬｓと、第４のコイルＬ４、第５のコイルＬ５の差動接続回路の出力を増幅するために差動接続回路の両端間に接続した共振コンデンサＣ４とを備え、第４のコイルＬ４、第５のコイルＬ５、及び共振コンデンサＣ４は差動共振回路として動作する信号受信回路１２を構成している。
【００３９】非接触受電装置２は、負荷３０を有しており、第１のコイルＬ１に対向配置されて磁気結合による受電を行う第２のコイルＬ２と、第２のコイルＬ２の出力を負荷３０へ供給するのに適した出力に変換するための電力変換回路２１と、信号受信回路１２の入力信号用コイルＬｓに対向配置された第３のコイルＬ３と、第３のコイルＬ３の両端間に接続した共振コンデンサＣ８と、共振コンデンサＣ５の両端間に接続したスイッチＳ２と、スイッチＳ２のオン・オフを制御する信号を出力する２次側制御回路２３とを備え、第３のコイルＬ３と共振コンデンサＣ８との共振回路は非接触受電装置２からの信号を出力する信号発生装置２４を構成している。
【００４０】上記のような非接触給電システムは、第１のコイルＬ１と第２のコイルＬ２とが分離着脱自在なトランス構造となっており、高周波インバータ回路１１から高周波電力を供給された第１のコイルＬ１が発生する磁束によって、第２のコイルＬ２には誘起電圧を発生させ、その誘起電圧を電力変換回路２１で所定の形態に変換して負荷３０に出力している。そして、信号発生装置２４は高周波インバータ回路１１の発振周波数の高調波と同じ周波数を有する信号を発生し、入力信号コイルＬｓがこの信号を検出して、インバータ制御回路１３はこの検出信号に基づいて高周波インバータ回路１１の発振を制御している。
【００４１】ここで、第１のコイルＬ１と入力信号コイルＬｓとは磁気的に疎結合となるように配置され、また第４のコイルＬ４と第５のコイルＬ５とも磁気的に疎結合となるように配置されている。そして、１次側の第４のコイルＬ４に対向して、２次側には第３のコイルＬ３が配置されている。磁気的に疎結合であるとは、一方のコイルが作る磁束の全てが他方のコイルに鎖交しない状態であり、例え、磁性体のコアがコイルの軸上にあっても、各コイルを完全に密着して重ねずに軸方向または半径方向に離して配置すれば疎結合になる。
【００４２】次に図２に示す具体的な回路構成を用いて、各部の構成について詳細に説明する。まず、非接触給電装置１の高周波インバータ回路１１は、自励発振回路であり、直流電源Ｅ１とスイッチＳ１との直列回路に並列接続した抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１との直列回路と、共振コンデンサＣ２と発振用のスイッチング素子ＦＥＴ１と抵抗Ｒ１との直列回路と備えており、共振コンデンサＣ２には第１のコイルＬ１が並列接続している。抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１との接続中点−スイッチング素子ＦＥＴ１のゲート間には、第１のコイルと図示の極性で密結合している帰還コイルＬ６が接続している。帰還コイルＬ６を介してコンデンサＣ１に並列に接続している自励発振制御用のスイッチング素子Ｔｒ１は、スイッチング素子ＦＥＴ１の発振を制御する素子である。また、スイッチング素子ＦＥＴ１のソース−スイッチング素子Ｔｒ１のベース間には抵抗Ｒ３が接続し、スイッチング素子Ｔｒ１のベース−エミッタ間にはコンデンサＣ３が接続している。
【００４３】信号受信回路１２の構成は図１と同様であり、一方の出力端は、高周波インバータ回路のグランド（直流電源Ｅ１の低電圧出力側）に接続している。
【００４４】インバータ制御回路１３は、高周波インバータ回路１１の自励発振制御用のスイッチング素子Ｔｒ１をオン・オフして、高周波インバータ回路１１の発振を連続発振と間欠発振との２通りに制御している回路で、信号受信回路１２の他方の出力端に一端を接続したダイオードＤ３とツェナダイオードＺＤ１と抵抗Ｒ７との直列回路の他端は発振切替用のスイッチング素子Ｔｒ２のベースに接続している。信号受信回路１２の出力端間にはダイオードＤ３を介してコンデンサＣ５が接続し、スイッチング素子Ｔｒ２のベース−エミッタ間には抵抗Ｒ８が接続している。スイッチング素子ＦＥＴ１のドレインは、抵抗Ｒ４，Ｒ５の直列回路を介してグランドレベルに接続しており、コンデンサＣ６はダイオードＤ２を介して抵抗Ｒ５に並列接続している。ダイオードＤ２とコンデンサＣ６との接続中点は、ダイオードＤ１と抵抗Ｒ３とを介して自励発振制御用のスイッチング素子Ｔｒ１のベースに接続しており、さらに抵抗Ｒ６を介してトランジスタＴｒ２のコレクタに接続している。ここで、抵抗Ｒ４，Ｒ５、ダイオードＤ１，Ｄ２、及びコンデンサＣ６は、スイッチング素子ＦＥＴ１の発振動作を間欠停止させる強制停止回路１５を構成している。
【００４５】非接触受電装置２の２次側回路２１は、第２のコイルＬ２の出力端間に接続したコンデンサＣ７と、第２のコイルＬ２の一方の出力端に直列接続した整流用のダイオードＤ４とを備えて、第２のコイルＬ２の誘起電圧を半波整流した出力を負荷である２次電池２２に供給しており、２次電池２２の両端は２次側制御回路２３に接続している。
【００４６】第３のコイルＬ３の両端間には、共振コンデンサＣ８と、ダイオードＤ５及び補助スイッチング素子Ｔｒ３の直列回路とを接続し、補助スイッチング素子Ｔｒ３のベースは２次側制御回路２３に接続している。
【００４７】次に、スイッチＳ１がオンになった時点からの発振開始から連続発振に至る過程を、図３に示す波形図を用いて説明する。まず、スイッチＳ１がオンすると、電圧Ｖｅ１を発生する直流電源Ｅ１は抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣ１を充電する。このとき第１のコイルＬ１と密結合している帰還コイルＬ６には、誘起電圧が発生していないため、スイッチング素子ＦＥＴ１のゲート電圧ＶｇはコンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１に等しい。ゲート電圧Ｖｇが次第に上昇し、スイッチング素子ＦＥＴ１をオンできる電圧Ｖｇｏｎに達するとスイッチング素子ＦＥＴ１はオンになり、ドレイン電圧Ｖｄは、ほぼゼロ電位になる。この時、第１のコイルＬ１と並列接続された共振コンデンサＣ２の両端の共振電圧Ｖｃ２は直流電源Ｅ１の電源電圧Ｖｅ１でチャージされて、第１のコイルＬ１には、ほぼ単調に増加するコイル電流ＩＬ１が流れ始める。
【００４８】コイル電流ＩＬ１が流れ始めると、第２のコイルＬ２にはトランスの作用によって誘起電圧が発生する。同様に第１のコイルＬ１と密結合している帰還コイルＬ６にも誘起電圧Ｖｆ１が発生する。すると、グランドレベルからみたゲート電圧Ｖｇは、Ｖｃ１＋Ｖｆ１となり、急速にスイッチング素子ＦＥＴ１は安定したオン状態となる。
【００４９】またコイル電流ＩＬ１は、スイッチング素子ＦＥＴ１を通じて抵抗Ｒ１に流れるドレイン電流Ｉｄとほぼ等しく、時間とともに抵抗Ｒ１の電圧Ｖｔｒ１が増加する。電圧Ｖｔｒ１が、スイッチング素子Ｔｒ１のオンが可能な電圧に達すると、スイッチング素子Ｔｒ１はオンし始める。スイッチング素子Ｔｒ１がオンし始めると、スイッチング素子ＦＥＴ１のゲート入力容量、及び帰還コイルＬ６を介したコンデンサＣ１の容量に蓄積されていた電荷を引き抜きはじめ、電圧Ｖｃ１、ゲート電圧Ｖｇは低下し始める。ゲート電圧Ｖｇの低下が進むと、スイッチング素子ＦＥＴ１はオフ状態への移行を開始し、オン抵抗が増加してドレイン電圧Ｖｄは次第に増加していく。
【００５０】ドレイン電圧Ｖｄの増加に応じて、共振電圧Ｖｃ２も減少し始め、そして帰還コイルＬ６の誘起電圧Ｖｆ１も減少し始めるためゲート電圧Ｖｇはさらに加速して低下する。この結果、急速にスイッチング素子ＦＥＴ１はオフ状態に移行し、電圧Ｖｔｒ１も減少してスイッチング素子Ｔｒ１は再びオフになる。
【００５１】また共振電圧Ｖｃ２は、共振コンデンサＣ２と第１のコイルＬ１との共振作用により正弦波状の電圧となり、コイル電流ＩＬ１も正弦波状になる。この間、直流電源Ｅ１から抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣ１への充電電流は常に流れており、電圧Ｖｃ１を再び増加させる。
【００５２】共振電圧Ｖｃ２が1サイクルの終了間近になると、ドレイン電圧Ｖｄはグランドレベルに近づき、そのときの帰還コイルＬ６の起電力Ｖｆ１と電圧Ｖｃ１との和のゲート電圧Ｖｇが、再びスイッチング素子ＦＥＴ１をオンさせる。以降は、前記動作の繰り返しにより発振が継続する。この一連の動作は、非接触受電装置２が非接触給電装置１に対向配置されてない状態、すなわち非接触給電装置１が単独の場合でも、第２のコイルに起電力を生じないこと以外は同様の動作となる。
【００５３】しかし、非接触給電装置１が単独の場合には、省エネルギーや金属異物の過熱保護のために高周波インバータ回路１１の発振を停止または抑制する必要がある。本実施形態では高周波インバータ回路１１の発振を強制停止回路１５によって間欠発振とすることでこの役割を果たしている。
【００５４】以下、図４に示す各部の波形図により間欠発振動作の制御について説明する。まず、スイッチＳ１を投入して連続発振が開始するまでは、前記図３での説明と同様である。図２のインバータ制御回路１３は、ドレイン電圧Ｖｄを抵抗Ｒ４，Ｒ５で抵抗分圧し、ダイオードＤ２を介してコンデンサＣ６に電荷を蓄積していく積分回路を有している。コンデンサＣ６の電圧はダイオードＤ１を介してトランジスタＴｒ１のベース抵抗Ｒ３に接続しており、コンデンサＣ６の電圧が、スイッチング素子Ｔｒ１をオンさせることができる入力電圧値とダイオードＤ１、抵抗Ｒ３の各電圧降下との和を超えると、スイッチング素子Ｔｒ１がオン状態になる。
【００５５】スイッチング素子Ｔｒ１がオン状態になると、スイッチング素子ＦＥＴ１のゲート入力容量、及び帰還コイルＬ６を介したコンデンサＣ１の容量に蓄積されていた電荷を引き抜く。この時スイッチング素子Ｔｒ１のオン時間が長く保持されると、電圧Ｖｃ１が、定常発振状態での電圧よりもさらに低下し、直流電源Ｅ１から抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣ１へ流れる充電電流による電圧回復が定常状態の電圧まで達せず、スイッチング素子ＦＥＴ１はオフ状態を継続することになる。
【００５６】したがって、直流電源Ｅ１から抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣ１へ流れる充電電流のみによる電圧Ｖｃ１がスイッチング素子ＦＥＴ１をオンできる入力電圧に達するまで次の発振起動は行われない。すなわちこの動作の繰り返しで安定した間欠発振となる。
【００５７】この間欠発振をさせるために重要なことは、まず、高周波インバータ回路１１を発振させてから、時間遅延をさせて停止する機能を持っていなければならないことである。理由は高周波インバータ回路１１が発振する前にスイッチング素子Ｔｒ１がオンになったとすると、永久に発振が停止した状態になるからである。図２の回路での発振停止状態は、ドレイン電圧Ｖｄの電位が電源電圧Ｖｅ１になるため、抵抗Ｒ４，Ｒ５の分圧比を、この発振停止状態ではスイッチング素子Ｔｒ１がオンしない値にしておく必要がある。そして発振が開始してからスイッチング素子Ｔｒ１がオンできるレベルに達するようにするには、発振によってドレイン電圧Ｖｄが電源電圧Ｖｅ１よりも大きくなったときの電圧を利用して、コンデンサＣ６を徐々に充電していき、適当な時間経過の後、スイッチング素子Ｔｒ１がオンできるように抵抗Ｒ４，Ｒ５の分圧比を設定しておけばよい。上記のように構成することで、図２に示す高周波インバータ回路１１とインバータ制御回路１３は、非接触給電装置１が単独の場合には、間欠発振を行うことができる。
【００５８】ところで、非接触給電装置１に非接触受電装置２が概略、対向配置されて電力伝達を行わせる必要がある場合には、この間欠発振を確実に停止させる機能が必要となる。間欠発振を確実に停止させる、すなわち連続発振をさせる機能を果たすために、非接触給電装置１から見て正しい負荷であるかどうかを判定する機能が必要であり、この確実な判定を行うために非接触受電装置２から非接触給電装置１に所定の信号を送る方法が考えられ、そこで非接触受電装置２側には高調波共振回路を用いた信号発生装置２４が必要となる。以下、この動作について説明する。
【００５９】非接触給電装置１では、共振コンデンサＣ４によって増幅された第４，第５のコイルの差動回路の出力は、ダイオードＤ３で整流されて、コンデンサＣ５に充電される。そして、コンデンサＣ５の充電電圧が、スイッチング素子Ｔｒ２をオンさせることができる入力電圧値とツェナダイオードＺＤ１のツェナ電圧と抵抗Ｒ７の電圧降下との和を超えると、スイッチング素子Ｔｒ２がオン状態になり、抵抗Ｒ６を介して接続しているコンデンサＣ６の電荷を引き抜く。すると、コンデンサＣ６の積分動作でトランジスタＴｒ１をオンにすることはできず、スイッチング素子ＦＥＴ１の間欠発振を停止して、連続発振にすることができる。
【００６０】したがって、非接触給電装置１に非接触受電装置２が概略、対向配置されて電力伝達を行わせる必要がある場合には、非接触給電装置１に非接触受電装置２が概略、対向配置されたことを、非接触受電装置２側で検知して、その検知したことを非接触給電装置１に固有の信号で伝えて、連続発振させればよい。
【００６１】ここで、信号発生装置２４を、使用する分離着脱式トランスの構造や仕様において高周波インバータ回路１１の発振周波数の３倍の周波数（第３次高調波成分）に共振するように第３のコイルＬ３と共振コンデンサＣ８とを設定しておけば、第１のコイルＬ１が発生した磁束を信号発生装置２４の第３のコイルＬ３が検出したときに、この磁束を励振源として、第３のコイルＬ３と共振コンデンサＣ８との高調波共振回路によって、信号発生装置２４の出力振幅を大きくできる。そして、第３のコイルＬ３は第３次高調波成分の周波数の共振電流によって励磁され、この磁束を入力信号コイルＬｓが検知して、大きな出力電圧を発生させて発振切替用のスイッチング素子Ｔｒ２をオンさせることで、高周波インバータ回路１１を連続発振させることができる。
【００６２】そして、第４のコイルＬ４、第５のコイルＬ５、及び共振コンデンサＣ４からなる差動共振回路として動作する信号受信回路１２を、信号発生装置２４で設定したのと同様に第３次高調波成分の周波数に共振して、出力振幅が大きくなるように設定すればより確実な信号検出を行うことができる。
【００６３】この信号検出動作の具体的な動作について以下、説明する。非接触給電装置１が単独の場合は、信号受信回路１２の入力信号コイルＬｓは１次側の磁束や磁場の情報を検出する。高周波インバータ回路１１が電圧共振型のインバータ回路であれば、第１のコイルＬ１の電圧や電流は、略正弦波状をしている。したがって、第３次高調波成分は小さく、信号受信回路１２はゼロ、または低い電圧を出力する。もし、第３次高調波成分が大きい場合には、信号受信回路１２で出力電圧が小さくなるように設定しておけばよい。したがって、スイッチング素子Ｔｒ２はオフのままであり、高周波インバータ回路１１は間欠発振を継続する。
【００６４】次に、非接触受電装置２が非接触給電装置１に概略、対向配置されて給電を必要とする場合には、間欠発振の発振期間に第１のコイルＬ１で発生した磁束が信号発生装置２４の第３のコイルＬ３にも鎖交し、鎖交した交番磁束は高周波インバータ回路１１の発振周波数を有する誘起電圧を第３のコイルＬ３に発生して、その誘起電圧によって第３のコイルＬ３と共振コンデンサＣ８とが直列共振動作を行う。このときの直列共振周波数は、発振周波数（基本波）の３倍、すなわち第３次高調波成分の周波数に設定しているため、第３のコイルＬ３には第３次高調波成分の周波数の交流電圧が大きく発生し、第３次高調波成分の周波数の交流電流を第３のコイルＬ３に流す。
【００６５】したがって、第３のコイルＬ３に対向して配置された第４のコイルＬ４には第３次高調波成分の周波数の交流電圧が誘起し、信号受信回路１２は、第３次高調波成分の周波数を有する大きな振幅の電圧を出力し、ダイオードＤ３，コンデンサＣ５で整流，平滑した電圧はスイッチング素子Ｔｒ２をオンして、高周波インバータ回路１１を間欠発振から連続発振動作に切替える。
【００６６】さらに、非接触受電装置２が非接触給電装置１に概略、対向配置されて給電を停止する必要がある場合には、２次側制御回路２３によって補助スイッチング素子Ｔｒ３をオンして、ダイオードＤ５を介して信号発生装置２４の両端を短絡すれば、高調波共振機能を失って、第３のコイルＬ３の両端に発生する第３次高調波成分の周波数の電圧がゼロまたは低減し、信号受信回路１２の出力もゼロ、または低い電圧となって、ダイオードＤ３，コンデンサＣ５で整流，平滑した電圧はスイッチング素子Ｔｒ２をオフさせて、高周波インバータ回路１１は間欠発振となる。この補助スイッチング素子Ｔｒ３による短絡は完全に行う必要はなく、周期的に短絡させても十分効果はある。また、信号発生装置２４の両端を短絡せずに、信号発生装置２４の回路の一部を開放して電流が流れなくすることも高調波共振機能を低減あるいは無くす方法の１つである。本実施形態では、ダイオードＤ５を介して補助スイッチング素子Ｔｒ３によって短絡しているので、交流の１方向のみを短絡しているが、このような１方向のみの短絡でも第３次高調波成分の低減効果は十分である。
【００６７】次に、図５は、非接触給電装置１に非接触受電装置２が概略、対向配置された構造の側面断面図を示しており、分離着脱自在なトランス構造をなしている。この分離着脱式トランスは、磁気抵抗を小さくするために断面コの字型の磁性体からなる第１，第２のコア１４，２５を備えており、第１のコイルＬ１は第１のコア１４の両端に設けた突部１４ａ，１４ｂ間に巻回され、第３、第４のコイルＬ３，Ｌ４は第１のコイルＬ１を軸方向に挟んで（第１のコイルＬ１の軸方向に対称に）、突部１４ａ，１４ｂ間に巻回され、帰還コイルＬ６は第１のコイルＬ１と第５のコイルＬ５とに軸方向に挟まれて突部１４ａ，１４ｂ間に巻回されている。第２のコイルＬ２は第２のコア２５の両端に設けた突部２５ａ，２５ｂ間に巻回され、第３のコイルＬ３は突部２５ａ，２５ｂ間の第４のコイルＬ４に対向する箇所に第２のコイルＬ２とは軸方向に分離して巻回されている。
【００６８】上記のように、自励発振用の帰還コイルＬ６は、第１のコイルＬ１が発生する磁束が鎖交するように第１のコイルＬ１の近傍に配置され、入力信号用コイルＬｓを構成する第４，第５のコイルＬ４，Ｌ５は、第１のコイルＬ１が発生する磁束に対して比較的疎結合になるように、第１のコイルＬ１から離れて配置されている。
【００６９】ここでのポイントは、第４，第５のコイルＬ４，Ｌ５は第１のコイルＬ１に対して磁気的に強く結合しないように配置されることである。その理由は、第４のコイルＬ４が第３のコイルＬ３から受けた信号を有効として、大きく出力しなければならないからであり、もし第４，第５のコイルＬ４，Ｌ５と第１のコイルＬ１とが磁気的に密結合であるならば、第３のコイルＬ３が発生する磁束信号を受けても、第４，第５のコイルＬ４，Ｌ５の出力変化の大部分は、第１のコイルＬ１が発生する磁束変化に支配されてしまうからである。
【００７０】また、第４，第５のコイルＬ４，Ｌ５は差動接続されており、第４のコイルＬ４での検出電圧の変化と第５のコイルＬ５での検出電圧の変化との差を出力して、出力の増幅効果を大きくみせたものである。つまり、第４，第５のコイルＬ４，Ｌ５の各誘起電圧が同じように変化しては効果が無く、一方のコイルのみの検出電圧の変化が必要である。したがって、差動接続された第４，第５のコイルＬ４，Ｌ５は、第３のコイルＬ３に対して磁気的に結合度の差を設ければよく、第４，第５のコイルＬ４，Ｌ５のうちいずれか一方のコイルと第３のコイルＬ３との磁気結合が密になるように互いに近くに配置し、他方のコイルと第３のコイルＬ３との磁気結合は疎になるように配置すればよい。本実施形態では、第４のコイルＬ４と第３のコイルＬ３との磁気結合が密になっており、第３のコイルＬ３は第４のコイルＬ４に対向する箇所に配置されている。
【００７１】このときの第３のコイルＬ３が発生する磁束１００は、第４のコイルＬ４に多くが鎖交し、第５のコイルＬ５に鎖交するものは少ない。実際には、第３のコイルＬ３が発生する磁束１００は、第１のコイルＬ１が発生する磁束や第２のコイルＬ２に流れる電流によって発生する磁束に重畳されることになるが、前記各コイルの磁気的結合の関係によって、第１のコイルＬ１，Ｌ２が発生する磁束の影響は、差動接続した第４，第５のコイルＬ４，Ｌ５の各出力がお互いに打ち消し合う関係になって、入力信号コイルＬｓからは出力されない。
【００７２】しかし、第３のコイルＬ３が発生する磁束の変化は、第４のコイルＬ４のみに多く鎖交して、入力信号コイルＬｓから大きな出力を生じさせることができる。しかも、本実施形態では、第３のコイルＬ３が発生する磁束は、高周波インバータ回路１１の発振周波数ではなく、第３次高調波成分の周波数であるため、第１のコイルＬ１の電流の影響や、他のコイルの電流の影響をさらに低減することができる。
【００７３】また、第３のコイルＬ３は第２のコイルＬ２の電流による磁束の影響を受けやすいが、第２のコイルＬ２と第３のコイルＬ３とを疎結合とすることによって、第２のコイルＬ２の電流による影響を受けずに、高調波成分の周波数の磁束のみを発生することができる。
【００７４】次に、図６は、非接触給電装置１が単独の場合の分離着脱式トランスの１次側の側面断面図を示しており、第１のコイルＬ１は磁束１０１を発生している。ここで重要なことは、第１のコイルＬ１を挟んで軸方向に対称に第４，第５のコイルＬ４，Ｌ５が離れて巻回されているので、第１のコイルＬ１のコイル電流ＩＬ１が発生する磁束１０１による鎖交磁束の変化は、第４，第５のコイルＬ４，Ｌ５ともに同じであり、差動出力はゼロまたは小さい値にすることができる。
【００７５】なお、本実施形態においては、信号発生装置２４が、高周波インバータ回路１１の発振周波数の第３次高調波の周波数の磁束を発生しているが、歪を有する波形は基本波に対して整数倍の高調波を含有しており、いずれの高調波を利用しても同様の効果を得ることができる。特に本実施形態のように波形が交流に近く、直流成分が小さい場合は奇数倍の高調波が支配的であり、これらの奇数倍の高調波を利用することができる。
【００７６】ところで、非接触給電装置１に非接触受電装置２が概略、対向配置された場合で、給電を拒否する場合に、図２に示す非接触給電システムでは信号発生装置２４を直接制御して高周波インバータ回路１１を間欠発振としているが、図７に示す非接触給電システムのように第２のコイルＬ２の出力端間にダイオードＤ８と補助スイッチング素子Ｔｒ５との直列回路を接続し、２次側制御回路２３からの信号で補助スイッチング素子Ｔｒ５をオンすることで第２のコイルＬ２の出力端間を短絡しても高周波インバータ回路１１を間欠発振とすることができる。また図８に示す非接触給電システムのように非接触受電装置２に補助コイルＬ７と補助コイルＬ７の両端間に接続した補助スイッチング素子Ｔｒ６とを設けて、２次側制御回路２３からの信号で補助スイッチング素子Ｔｒ６をオンすることで補助コイルＬ７の出力端間を短絡しても高周波インバータ回路１１を間欠発振とすることができる。これは、第２のコイルＬ２や補助コイルＬ７を短絡することで第１のコイルＬ１が発生する磁束を打ち消すように働いて磁束を弱める効果があるため、励振源として第３のコイルＬ３に鎖交する第１のコイルＬ１の磁束が弱くなることで信号発生装置２４の出力を小さくできるものである。
【００７７】また、図９に示すように、第３のコイルＬ３の両端間に、補助スイッチＳ３とコンデンサＣ１０との直列回路を接続しても、信号発生装置２４の出力を制御できる。これは、補助スイッチＳ３がオンすることでコンデンサＣ１０が共振コンデンサＣ８に並列に接続されて、高調波共振周波数を大きく変化させることができ、信号受信回路１２で設定している共振周波数からずれることで、信号受信回路１２の出力が変化するものである。同様に他のコイルを制御するスイッチング素子に直列あるいは並列にコンデンサを設けて制御しても信号発生装置２４の出力を制御できる。
【００７８】このように本実施形態の非接触給電システムは、電力の周波数の高調波周波数と同じ周波数の信号を用いて給電状況を識別して電力供給制御を行うことで、回路構成やトランス構造がシンプルになって、全体のシステムのサイズの小型化とコストダウンとを図ることができる。
【００７９】なお、図１，図７〜９に示す非接触給電システムでは、信号受信回路１２に第３，４のコイルＬ３，Ｌ４と共振コンデンサＣ４との差動共振回路を用いているが、本願発明の特徴は、信号発生装置２４によって特定の高調波周波数の磁束を発生させて、信号受信回路１２がこの磁束を検知するものであるから、信号受信回路１２は入力信号用コイルＬｓで検出した信号から特定の高調波周波数の信号を分離するフィルタ機能があればよい。
【００８０】（実施形態２）実施形態１では負荷が２次電池２２のような定電圧負荷であるが、負荷には定電圧負荷や抵抗負荷等いろいろある。また、交流を直流に変換して負荷に供給するために整流回路や平滑回路は必要であり、実施形態１では２次側の回路は半波整流回路で構成されている。この整流、平滑方式や負荷の種類は非接触給電システムの応用目的で決まり、電動歯ブラシや電気シェーバ等の携帯用電子機器では負荷として２次電池を用い、整流回路としては低コストである半波整流回路をよく用いる。このような２次側回路や負荷を持つ場合には、非接触受電装置２内に信号発生装置２４のような高調波周波数の磁束を発生させる回路を設けなくても、例えば第２のコイルＬ２の電流の波形に高調波成分が多く含まれておれば、その情報を入力信号コイルＬｓで検出させればよい。図１０は実施形態１における第２のコイルＬ２の両端電圧Ｖｌ２波形であり、半波整流用のダイオードＤ４が導通している期間の電圧Ｖ１０は２次電池２２とダイオードＤ４の電圧降下との和に略等しい。
【００８１】また、第１のコイルＬ１と第２のコイルＬ２とは疎結合となっているので、図１１の２次側回路の等価回路に示すように、２次側換算の漏れインダクタンスＬａが無視できず、第２のコイルＬ２に誘導された電圧源ＡＣ１は直列に挿入されたインダクタンスＬａを介して、ダイオードＤ４、２次電池２２の直列回路に接続される。このような回路では誘導された電圧源ＡＣ１が正弦波であっても、第２のコイルＬ２の両端電圧は図１０R>０のように正弦波とはかけ離れた波形となり、さらに周期Ｔ０は正弦波状に変化している期間Ｔ１の約３倍になっている。このことは、電圧Ｖｌ２が基本波の３倍の高調波成分（第３次高調波）を多く含んでいることを示している。
【００８２】第２のコイルＬ２の電圧波形が図１０のようであれば、第２のコイルＬ２のコイル電流により発生する磁束成分は分離着脱自在なトランス部全体に強い影響を与えるため、信号受信回路１２が第３次高調波の周波数を選択して増幅すれば、非接触給電装置１に非接触受電装置２が概略、対向配置されるだけで高周波インバータ回路１１の動作を間欠発振から連続発振に切替えることができる。このとき、実施形態１同様に、高周波インバータ回路１１の発振周波数の３倍の周波数（第３次高調波成分）に共振するように第３のコイルＬ３と共振コンデンサＣ８とを設定した信号発生装置２４を組み合わせれば、より効果的となる。なお、図１０に示す第２のコイルＬ２の電圧波形Ｖｌ２は、整流条件や負荷条件等により変化するので、第３次高調波に限らずその時の電圧波形に最も多く含まれる高調波を利用すればよい。
【００８３】次に、図１２に第２のコイルＬ２の電圧・電流波形から高調波成分を有効に取り出す分離着脱自在なトランス構造の側面断面図を示し、この分離着脱式トランスは、磁気抵抗を小さくするために断面コの字型の磁性体からなる第１，第２のコア１４，２５を備えており、第１のコイルＬ１は第１のコア１４の両端に設けた突部１４ａ，１４ｂ間に巻回され、第３、第４のコイルＬ３，Ｌ４は第１のコイルＬ１を軸方向に挟んで（第１のコイルＬ１の軸方向に対称に）、突部１４ａ，１４ｂ間に巻回され、帰還コイルＬ６は第１のコイルＬ１と第５のコイルＬ５とに軸方向に挟まれて突部１４ａ，１４ｂ間に巻回されている。第２のコイルＬ２は第２のコア２５の両端に設けた突部２５ａ，２５ｂ間に突部２５ａ側に偏倚して巻回されている。
【００８４】ここでのポイントは、差動接続した第４，第５のコイルＬ４，Ｌ５を第１のコイルＬ１と磁気的に疎結合とし、第２のコイルＬ２と第４のコイルＬ４との磁気結合度が、第２のコイルＬ２と第５のコイルＬ５との磁気結合度よりも大きくなるように構成したことである。
【００８５】（実施形態３）図１３に示す本実施形態の非接触給電システムは、実施形態１の図２に示す非接触給電システムと略同様であるが、信号発生装置２４の構成が異なり、第３のコイルＬ３に直列にチョークコイルＬ７を接続し、第３のコイルＬ３とチョークコイルＬ７との直列回路に共振コンデンサＣ８を並列接続した構成となっている。
【００８６】このような本実施形態では、第３のコイルＬ３に直列にチョークコイルＬ７を接続したことでインダクタンス値を大きくしたもので、スペースの関係等で第３のコイルＬ３の巻数を大きくできないときは、インダクタンス値が小さいために共振電流が大きくなりすぎて損失熱が無視できなくなる場合がある。このようなときには、第３のコイルＬ３に、大きなインダクタンス値を有するチョークコイルＬ７を直列接続して共振回路を構成すれば、共振電流を低減することができる。
【００８７】なお、実施形態１，２，３は、「電力供給側が単独の場合での、省エネ制御や金属異物過熱対策のための発振停止または抑制制御」と「正しい負荷が装着された場合での連続給電制御」と「負荷側からの要求に基づく電力伝達制御」の３つの制御を対象にしているが、「電力供給側が単独の場合での、省エネ制御や金属異物過熱対策のための発振停止または抑制制御」と「正しい負荷が装着された場合での連続給電制御」の２つの制御のみを対象にした場合にも適用できる。
【００８８】
【発明の効果】請求項１の発明は、高周波電力を出力する高周波インバータ回路と、前記高周波インバータ回路を制御するインバータ制御回路と、前記高周波インバータ回路から高周波電力を供給され、磁気結合による給電を行う第１のコイルと、入力信号コイルを有する信号受信回路とを備えて、前記入力信号コイルが検出した信号に基づいて前記インバータ制御回路が前記高周波インバータ回路を制御する非接触給電装置と、第１のコイルに対向配置されて磁気結合による受電を行う第２のコイルと、第２のコイルの出力を所定の電気エネルギーに変換するための電力変換回路と、前記高周波インバータ回路の発振周波数の高調波成分の周波数を有する信号を発生する信号発生装置と、前記信号発生装置が発生する信号を制御する２次側制御回路と、前記電力変換回路から電気エネルギーを供給される負荷とを有する非接触受電装置とで構成され、第１のコイルと第２のコイルとは互いに分離着脱自在なトランス構造を有し、前記入力信号コイルは、前記非接触受電装置の有無を検出した信号、及び前記信号発生装置が発生する信号を検出した信号を出力するので、電力の周波数の高調波周波数と同じ周波数の信号を用いて給電状況を識別して電力供給制御を行うことで、回路構成やトランス構造がシンプルになって、全体のシステムのサイズの小型化とコストダウンとを図ることができる。したがって受電側の状況を識別して電力供給制御を行うことができ、且つシンプルな構造を有する非接触電力伝達装置を提供することができるという効果がある。
【００８９】請求項２の発明は、請求項１において、前記信号発生装置は、第３のコイルとコンデンサとからなり、前記高調波成分の周波数の共振周波数を有する共振回路であって、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置された場合に、前記非接触給電装置及び非接触受電装置内の磁場、磁束、あるいは前記非接触受電装置内の電圧または電流情報から取り出した前記高調波成分の周波数の信号を発生させ、前記入力信号コイルは前記高調波成分の周波数の信号を検出し、前記インバータ制御回路は前記入力信号コイルが検出した信号に基づいて前記高周波インバータ回路を制御して、前記非接触給電装置から前記非接触受電装置への給電制御を行うので、信号発生装置に共振回路を用いて高調波成分の周波数の信号を発生することができるという効果がある。
【００９０】請求項３の発明は、請求項１または２において、前記高調波成分の周波数は、前記高周波インバータ回路の発振周波数の奇数倍の高調波成分の周波数であるので、交流に近く、直流成分が小さい波形を発生する装置は、容易に高調波成分の周波数の信号を発生することができるという効果がある。
【００９１】請求項４の発明は、請求項３において、前記奇数倍の高調波成分は第３次高調波成分であるので、第２のコイルの出力を半波整流する回路と定電圧負荷とを備えた構成では、容易に高調波成分の周波数の信号を発生することができるという効果がある。
【００９２】請求項５の発明は、請求項１乃至４いずれかにおいて、前記電力変換回路は、第２のコイルの出力を半波整流する回路を備えるので、低コスト化を図ることができるという効果がある。
【００９３】請求項６の発明は、請求項１乃至５いずれかにおいて、前記信号受信回路は、前記入力信号コイルに接続した共振コンデンサを備え、前記高調波成分の周波数に共振するので、確実な信号検出を行うことができるという効果がある。
【００９４】請求項７の発明は、請求項１乃至６いずれかにおいて、前記入力信号コイルは、差動接続した第４のコイルと第５のコイルとからなるので、第４のコイルと第５のコイルとで検出した信号を差動出力して大きくすることができるという効果が有る。
【００９５】請求項８の発明は、請求項１乃至７いずれかにおいて、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を要求する場合に、前記信号発生装置の出力が大きくなるので、受電側の状況を識別することができるという効果がある。
【００９６】請求項９の発明は、請求項１乃至８いずれかにおいて、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合に、前記２次側制御回路は前記信号発生装置の出力を低減させるので、請求項８と同様の効果を奏する。
【００９７】請求項１０の発明は、請求項１乃至９いずれかにおいて、前記非接触給電装置が単独で存在する場合に、前記高周波インバータ回路は間欠発振を行うので、省エネルギー化、及び金属異物の過熱対策を図ることができるという効果がある。
【００９８】請求項１１の発明は、請求項２乃至１０いずれかにおいて、前記高周波インバータ回路は、発振用スイッチング素子と、発振用スイッチング素子の制御端をグランドレベルに接続する自励制御用スイッチング素子とを備えて自励発振を行い、前記インバータ制御回路は、前記自励制御用スイッチング素子の発振を間欠に停止させることで前記発振用スイッチング素子の発振動作を間欠停止させる強制停止回路と、前記入力信号コイルの出力でオンすることにより前記強制停止回路の間欠停止動作を停止させる発振切替用スイッチング素子とを備え、前記非接触給電装置が単独である場合、前記入力信号コイルの出力電圧は前記発振切替用スイッチング素子がオフとなる電圧に維持され、前記強制停止回路が動作して前記発振用スイッチング素子の発振動作を間欠発振に制御し、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を要求する場合、前記信号発生装置は、前記発振用スイッチング素子の発振動作が間欠発振である期間に発生した前記非接触給電装置及び非接触受電装置内の磁場、磁束、あるいは前記非接触受電装置内の電圧または電流情報から取り出した前記高調波成分の周波数の信号で第３のコイルを励磁し、第３のコイルと概略、対向配置されて、第３のコイルで発生した磁束を検出する前記入力信号コイルの出力電圧は前記発振切替用スイッチング素子がオンとなる電圧になり、前記強制停止回路が動作を停止して前記発振用スイッチング素子の発振動作を連続発振に制御し、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合、前記信号発生装置は、前記高調波成分の周波数の信号を低減させて第３のコイルの励磁を抑制し、前記入力信号コイルの出力電圧は前記発振切替用スイッチング素子がオフとなる電圧になり、前記強制停止回路が動作して前記発振用スイッチング素子の発振動作を間欠発振に制御するので、非接触給電装置に自励制御インバータを用いて、識別した受電側の状況に応じて連続発振と間欠発振とを切替えることができるという効果がある。
【００９９】請求項１２の発明は、請求項２乃至１１いずれかにおいて、前記非接触受電装置は、第３のコイルとコンデンサとからなる共振回路の少なくとも一部を短絡または開放する補助スイッチング素子を備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合に、前記２次側制御回路は、前記補助スイッチング素子を動作させて、前記信号発生装置の共振回路が発生する信号の周波数、振幅、波形のうち少なくとも１つを給電を必要とする場合の周波数、振幅、波形に対して変化させて、前記入力信号コイルは前記信号発生装置が発生した信号を検出し、前記インバータ制御回路は前記入力信号コイルが検出した信号に基づいて前記高周波インバータ回路を制御して、前記非接触給電装置から前記非接触受電装置への給電を低減させるので、補助スイッチング素子をオン・オフすることで信号発生装置が発生する信号を変化させて、受電側の状況を識別して電力供給制御を行うことができるという効果がある。
【０１００】請求項１３の発明は、請求項２乃至１１いずれかにおいて、前記非接触受電装置は、前記信号発生装置以外の内部回路の少なくとも一部を短絡または開放する補助スイッチング素子を備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合に、前記２次側制御回路は、前記補助スイッチング素子を動作させて、前記信号発生装置の共振回路が発生する信号の周波数、振幅、波形のうち少なくとも１つを、給電を必要とする場合の周波数、振幅、波形に対して変化させて、前記入力信号コイルは前記信号発生装置が発生した信号を検出し、前記インバータ制御回路は前記入力信号コイルが検出した信号に基づいて前記高周波インバータ回路を制御して、前記非接触給電装置から前記非接触受電装置への給電を低減させるので、請求項１２と同様の効果を奏する。
【０１０１】請求項１４の発明は、請求項１３において、前記非接触受電装置は、第１のコイルが発生する磁束の少なくとも一部が鎖交する補助コイルと、前記補助コイルを短絡または開放する補助スイッチング素子とを備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合に、前記２次側制御回路は、前記補助スイッチング素子を動作させて、前記信号発生装置の共振回路が発生する信号の周波数、振幅のうち少なくとも１つを給電を必要とする場合の周波数、振幅に対して小さくするので、請求項１２と同様の効果を奏する。
【０１０２】請求項１５の発明は、請求項１２において、前記信号発生装置は、第３のコイルとコンデンサとを並列接続した共振回路からなり、前記並列回路の両端間にダイオードと補助スイッチング素子との直列回路を備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合は、前記２次側制御回路が前記補助スイッチング素子をオンさせて、第３のコイルの励磁を抑制するので、請求項１２と同様の効果を奏する。
【０１０３】請求項１６の発明は、請求項１３において、前記非接触受電装置は、第２のコイルを短絡または開放する補助スイッチング素子を備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合は、前記２次側制御回路は、前記補助スイッチング素子を動作させて、前記信号発生装置の共振回路が発生する信号の周波数、振幅のうち少なくとも１つを、給電を必要とする場合の周波数、振幅に対して小さくするので、請求項１２と同様の効果を奏する。
【０１０４】請求項１７の発明は、請求項１２乃至１６いずれかにおいて、前記補助スイッチング素子は一方向に導通する素子であるので、補助スイッチング素子を容易に選定することができるという効果がある。
【０１０５】請求項１８の発明は、請求項１２乃至１７いずれかにおいて、前記補助スイッチング素子に直列接続したコンデンサを備えるので、補助スイッチング素子をオン・オフすることで、信号発生装置が発生する信号の周波数を大きく変化させて、受電側の状況判別を、より確実に行うことができるという効果がある。
【０１０６】請求項１９の発明は、請求項１２乃至１７いずれかにおいて、前記補助スイッチング素子に並列接続したコンデンサを備えるので、請求項１８と同様の効果を奏する。
【０１０７】請求項２０の発明は、請求項１乃至１９いずれかにおいて、第２のコイルと第３のコイルとの磁気結合は疎結合であるので、第２のコイルのコイル電流による影響を受けずに、第３のコイルは磁束を発生することができるという効果がある。
【０１０８】請求項２１の発明は、請求項１乃至２０いずれかにおいて、前記入力信号コイルの出力部に、前記高調波成分の周波数と同じ周波数帯域を検出するフィルタを備えたので、確実な信号検出を行うことができるという効果がある。。
【０１０９】請求項２２の発明は、請求項１乃至２１いずれかにおいて、前記高周波インバータ回路は、第１のコイルの両端間に正弦波状の交番電圧を印加するので、高周波インバータ回路として電圧共振型のインバータ回路を用いることができるという効果がある。
【０１１０】請求項２３の発明は、請求項１乃至２２いずれかにおいて、前記高周波インバータ回路は、発振用スイッチング素子と、前記発振用スイッチング素子または第１のコイルに並列接続した共振コンデンサとを備えた一石の電圧共振インバータであるので、第１のコイルの両端間に正弦波状の交番電圧を印加することができるという効果がある。
【０１１１】請求項２４の発明は、請求項７乃至２３いずれかにおいて、前記入力信号コイルを構成する差動接続した第４、第５のコイルと第１のコイルとの磁気結合は疎結合であり、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか一方と第３のコイルとの磁気結合度は、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか他方と第３のコイルとの磁気結合度より大きいので、第４のコイルと第５のコイルとの差動出力を得ることができるという効果がある。
【０１１２】請求項２５の発明は、請求項２４において、第４，第５のコイルは第１のコイルに対し対称な位置に配置され、第３のコイルは、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか一方に対向して配置されるので、第４のコイルと第５のコイルとの差動出力に対する第１のコイルで発生する磁束の影響を小さくすることができ、且つ、第３のコイルと第４のコイルとの磁気結合度と、第３のコイルと第５のコイルとの磁気結合度とを異ならせることができるという効果がある。
【０１１３】請求項２６の発明は、請求項１において、非接触給電装置から非接触受電装置への給電が行われているとき、第２のコイルの両端電圧、コイル電流は歪んだ波形となり、前記信号発生装置は、第２のコイルの両端電圧、コイル電流に含まれる高調波成分を発生源とした信号を発生するので、信号発生装置を容易に構成することができるという効果がある。
【０１１４】請求項２７の発明は、請求項２６において、前記入力信号コイルを構成する差動接続した第４、第５のコイルと第１のコイルとの磁気結合は疎結合であり、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか一方と第２のコイルとの磁気結合度は、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか他方と第２のコイルとの磁気結合度より大きいので、第２のコイルが発生する磁束による差動出力を得ることができるという効果がある。
【０１１５】請求項２８の発明は、請求項１乃至２７いずれかにおいて、前記信号発生装置は、前記高調波成分の周波数の共振周波数を有する第３のコイルとコンデンサとの共振回路による信号発生手段と、第２のコイルの両端電圧、コイル電流に含まれる高調波成分を発生源とした信号を発生する信号発生手段とを備えるので、受電側の状況をより判別しやすい信号を、信号発生装置で発生することができるという効果がある。
【０１１６】請求項２９の発明は、請求項１乃至２５，２８いずれかにおいて、前記信号発生装置は、第３のコイルに直列接続したインダクタを備えるので、第３のコイルのインダクタンスが小さい場合でも、電流による損失を低減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のブロック構成を示す図である。
【図２】同上の第１の回路構成を示す図である。
【図３】同上の起動から連続発振に至る各部の波形を示す図である。
【図４】同上の起動から間欠発振に至る各部の波形を示す図である。
【図５】同上の分離着脱式トランスの構造例を示す側面断面図である。
【図６】同上の分離着脱式トランスの構造例の１次側を示す側面断面図である。
【図７】同上の第２の回路構成を示す図である。
【図８】同上の第３の回路構成を示す図である。
【図９】同上の第４の回路構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態２の第２のコイルの両端電圧波形を示す図である。
【図１１】同上の２次側の等価回路を示す図である。
【図１２】同上の分離着脱式トランスの構造例を示す側面断面図である。
【図１３】本発明の実施形態３の回路構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 非接触給電装置
２ 非接触受電装置
１１ 高周波インバータ回路
１２ 信号受信回路
１３ インバータ制御回路
２１ 電力変換回路
２３ ２次側制御回路
２４ 信号発生装置
３０ 負荷
Ｌ１〜Ｌ５ 第１〜第５のコイル
Ｌｓ 入力信号用コイル
Ｃ４，Ｃ８ 共振コンデンサ
Ｓ２ スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 高周波電力を出力する高周波インバータ回路と、前記高周波インバータ回路を制御するインバータ制御回路と、前記高周波インバータ回路から高周波電力を供給され、磁気結合による給電を行う第１のコイルと、入力信号コイルを有する信号受信回路とを備えて、前記入力信号コイルが検出した信号に基づいて前記インバータ制御回路が前記高周波インバータ回路を制御する非接触給電装置と、第１のコイルに対向配置されて磁気結合による受電を行う第２のコイルと、第２のコイルの出力を所定の電気エネルギーに変換するための電力変換回路と、前記高周波インバータ回路の発振周波数の高調波成分の周波数を有する信号を発生する信号発生装置と、前記信号発生装置が発生する信号を制御する２次側制御回路と、前記電力変換回路から電気エネルギーを供給される負荷とを有する非接触受電装置とで構成され、第１のコイルと第２のコイルとは互いに分離着脱自在なトランス構造を有し、前記入力信号コイルは、前記非接触受電装置の有無を検出した信号、及び前記信号発生装置が発生する信号を検出した信号を出力することを特徴とする非接触給電システム。
【請求項２】 前記信号発生装置は、第３のコイルとコンデンサとからなり、前記高調波成分の周波数の共振周波数を有する共振回路であって、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置された場合に、前記非接触給電装置及び非接触受電装置内の磁場、磁束、あるいは前記非接触受電装置内の電圧または電流情報から取り出した前記高調波成分の周波数の信号を発生させ、前記入力信号コイルは前記高調波成分の周波数の信号を検出し、前記インバータ制御回路は前記入力信号コイルが検出した信号に基づいて前記高周波インバータ回路を制御して、前記非接触給電装置から前記非接触受電装置への給電制御を行うことを特徴とする請求項１記載の非接触給電システム。
【請求項３】 前記高調波成分の周波数は、前記高周波インバータ回路の発振周波数の奇数倍の高調波成分の周波数であることを特徴とする請求項１または２記載の非接触給電システム。
【請求項４】 前記奇数倍の高調波成分は第３次高調波成分であることを特徴とする請求項３記載の非接触給電システム。
【請求項５】 前記電力変換回路は、第２のコイルの出力を半波整流する回路を備え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給電システム。
【請求項６】 前記信号受信回路は、前記入力信号コイルに接続した共振コンデンサを備え、前記高調波成分の周波数に共振す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給電システム。
【請求項７】 前記入力信号コイルは、差動接続した第４のコイルと第５のコイルとからなることを特徴とする請求項１乃至６いずれか記載の非接触給電システム。
【請求項８】 前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を要求する場合に、前記信号発生装置の出力が大きくなることを特徴とする請求項１乃至７いずれか記載の非接触給電システム。
【請求項９】 前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合に、前記２次側制御回路は前記信号発生装置の出力を低減させ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給電システム。
【請求項１０】 前記非接触給電装置が単独で存在する場合に、前記高周波インバータ回路は間欠発振を行う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給電システム。
【請求項１１】 前記高周波インバータ回路は、発振用スイッチング素子と、発振用スイッチング素子の制御端をグランドレベルに接続する自励制御用スイッチング素子とを備えて自励発振を行い、前記インバータ制御回路は、前記自励制御用スイッチング素子の発振を間欠に停止させることで前記発振用スイッチング素子の発振動作を間欠停止させる強制停止回路と、前記入力信号コイルの出力でオンすることにより前記強制停止回路の間欠停止動作を停止させる発振切替用スイッチング素子とを備え、前記非接触給電装置が単独である場合、前記入力信号コイルの出力電圧は前記発振切替用スイッチング素子がオフとなる電圧に維持され、前記強制停止回路が動作して前記発振用スイッチング素子の発振動作を間欠発振に制御し、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を要求する場合、前記信号発生装置は、前記発振用スイッチング素子の発振動作が間欠発振である期間に発生した前記非接触給電装置及び非接触受電装置内の磁場、磁束、あるいは前記非接触受電装置内の電圧または電流情報から取り出した前記高調波成分の周波数の信号で第３のコイルを励磁し、第３のコイルと概略、対向配置されて、第３のコイルで発生した磁束を検出する前記入力信号コイルの出力電圧は前記発振切替用スイッチング素子がオンとなる電圧になり、前記強制停止回路が動作を停止して前記発振用スイッチング素子の発振動作を連続発振に制御し、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合、前記信号発生装置は、前記高調波成分の周波数の信号を低減させて第３のコイルの励磁を抑制し、前記入力信号コイルの出力電圧は前記発振切替用スイッチング素子がオフとなる電圧になり、前記強制停止回路が動作して前記発振用スイッチング素子の発振動作を間欠発振に制御することを特徴とする請求項２乃至１０いずれか記載の非接触給電システム。
【請求項１２】 前記非接触受電装置は、第３のコイルとコンデンサとからなる共振回路の少なくとも一部を短絡または開放する補助スイッチング素子を備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合に、前記２次側制御回路は、前記補助スイッチング素子を動作させて、前記信号発生装置の共振回路が発生する信号の周波数、振幅、波形のうち少なくとも１つを給電を必要とする場合の周波数、振幅、波形に対して変化させて、前記入力信号コイルは前記信号発生装置が発生した信号を検出し、前記インバータ制御回路は前記入力信号コイルが検出した信号に基づいて前記高周波インバータ回路を制御して、前記非接触給電装置から前記非接触受電装置への給電を低減させることを特徴とする請求項２乃至１１いずれか記載の非接触給電システム。
【請求項１３】 前記非接触受電装置は、前記信号発生装置以外の内部回路の少なくとも一部を短絡または開放する補助スイッチング素子を備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合に、前記２次側制御回路は、前記補助スイッチング素子を動作させて、前記信号発生装置の共振回路が発生する信号の周波数、振幅、波形のうち少なくとも１つを、給電を必要とする場合の周波数、振幅、波形に対して変化させて、前記入力信号コイルは前記信号発生装置が発生した信号を検出し、前記インバータ制御回路は前記入力信号コイルが検出した信号に基づいて前記高周波インバータ回路を制御して、前記非接触給電装置から前記非接触受電装置への給電を低減させることを特徴とする請求項２乃至１１いずれか記載の非接触給電システム。
【請求項１４】 前記非接触受電装置は、第１のコイルが発生する磁束の少なくとも一部が鎖交する補助コイルと、前記補助コイルを短絡または開放する補助スイッチング素子とを備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合に、前記２次側制御回路は、前記補助スイッチング素子を動作させて、前記信号発生装置の共振回路が発生する信号の周波数、振幅のうち少なくとも１つを給電を必要とする場合の周波数、振幅に対して小さくすることを特徴とする請求項１３記載の非接触給電システム。
【請求項１５】 前記信号発生装置は、第３のコイルとコンデンサとを並列接続した共振回路からなり、前記並列回路の両端間にダイオードと補助スイッチング素子との直列回路を備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合は、前記２次側制御回路が前記補助スイッチング素子をオンさせて、第３のコイルの励磁を抑制することを特徴とする請求項１２記載の非接触給電システム。
【請求項１６】 前記非接触受電装置は、第２のコイルを短絡または開放する補助スイッチング素子を備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合は、前記２次側制御回路は、前記補助スイッチング素子を動作させて、前記信号発生装置の共振回路が発生する信号の周波数、振幅のうち少なくとも１つを、給電を必要とする場合の周波数、振幅に対して小さくすることを特徴とする請求項１３記載の非接触給電システム。
【請求項１７】 前記補助スイッチング素子は一方向に導通する素子であることを特徴とする請求項１２乃至１６いずれか記載の非接触給電システム。
【請求項１８】 前記補助スイッチング素子に直列接続したコンデンサを備えることを特徴とする請求項１２乃至１７いずれか記載の非接触給電システム。
【請求項１９】 前記補助スイッチング素子に並列接続したコンデンサを備えることを特徴とする請求項１２乃至１７いずれか記載の非接触給電システム。
【請求項２０】 第２のコイルと第３のコイルとの磁気結合は疎結合であることを特徴とする請求項１乃至１９いずれか記載の非接触給電システム。
【請求項２１】 前記入力信号コイルの出力部に、前記高調波成分の周波数と同じ周波数帯域を検出するフィルタを備えたことを特徴とする請求項１乃至２０いずれか記載の非接触給電システム。
【請求項２２】 前記高周波インバータ回路は、第１のコイルの両端間に正弦波状の交番電圧を印加する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給電システム。
【請求項２３】 前記高周波インバータ回路は、発振用スイッチング素子と、前記発振用スイッチング素子または第１のコイルに並列接続した共振コンデンサとを備えた一石の電圧共振インバータであることを特徴とする請求項１乃至２２いずれか記載の非接触給電システム。
【請求項２４】 前記入力信号コイルを構成する差動接続した第４、第５のコイルと第１のコイルとの磁気結合は疎結合であり、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか一方と第３のコイルとの磁気結合度は、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか他方と第３のコイルとの磁気結合度より大きいことを特徴とする請求項７乃至２３いずれか記載の非接触給電システム。
【請求項２５】 第４，第５のコイルは第１のコイルに対し対称な位置に配置され、第３のコイルは、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか一方に対向して配置されることを特徴とする請求項２４記載の非接触給電システム。
【請求項２６】 非接触給電装置から非接触受電装置への給電が行われているとき、第２のコイルの両端電圧、コイル電流は歪んだ波形となり、前記信号発生装置は、第２のコイルの両端電圧、コイル電流に含まれる高調波成分を発生源とした信号を発生することを特徴とする請求項１記載の非接触給電システム。
【請求項２７】 前記入力信号コイルを構成する差動接続した第４、第５のコイルと第１のコイルとの磁気結合は疎結合であり、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか一方と第２のコイルとの磁気結合度は、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか他方と第２のコイルとの磁気結合度より大きいことを特徴とする請求項２６記載の非接触給電システム。
【請求項２８】 前記信号発生装置は、前記高調波成分の周波数の共振周波数を有する第３のコイルとコンデンサとの共振回路による信号発生手段と、第２のコイルの両端電圧、コイル電流に含まれる高調波成分を発生源とした信号を発生する信号発生手段とを備えることを特徴とする請求項１乃至２７いずれか記載の非接触給電システム。
【請求項２９】 前記信号発生装置は、第３のコイルに直列接続したインダクタを備えることを特徴とする請求項１乃至２５、２８いずれか記載の非接触給電システム。
【請求項１】 高周波電力を出力する高周波インバータ回路と、前記高周波インバータ回路を制御するインバータ制御回路と、前記高周波インバータ回路から高周波電力を供給され、磁気結合による給電を行う第１のコイルと、入力信号コイルを有する信号受信回路とを備えて、前記入力信号コイルが検出した信号に基づいて前記インバータ制御回路が前記高周波インバータ回路を制御する非接触給電装置と、第１のコイルに対向配置されて磁気結合による受電を行う第２のコイルと、第２のコイルの出力を所定の電気エネルギーに変換するための電力変換回路と、前記高周波インバータ回路の発振周波数の高調波成分の周波数を有する信号を発生する信号発生装置と、前記信号発生装置が発生する信号を制御する２次側制御回路と、前記電力変換回路から電気エネルギーを供給される負荷とを有する非接触受電装置とで構成され、第１のコイルと第２のコイルとは互いに分離着脱自在なトランス構造を有し、前記入力信号コイルは、前記非接触受電装置の有無を検出した信号、及び前記信号発生装置が発生する信号を検出した信号を出力することを特徴とする非接触給電システム。
【請求項２】 前記信号発生装置は、第３のコイルとコンデンサとからなり、前記高調波成分の周波数の共振周波数を有する共振回路であって、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置された場合に、前記非接触給電装置及び非接触受電装置内の磁場、磁束、あるいは前記非接触受電装置内の電圧または電流情報から取り出した前記高調波成分の周波数の信号を発生させ、前記入力信号コイルは前記高調波成分の周波数の信号を検出し、前記インバータ制御回路は前記入力信号コイルが検出した信号に基づいて前記高周波インバータ回路を制御して、前記非接触給電装置から前記非接触受電装置への給電制御を行うことを特徴とする請求項１記載の非接触給電システム。
【請求項３】 前記高調波成分の周波数は、前記高周波インバータ回路の発振周波数の奇数倍の高調波成分の周波数であることを特徴とする請求項１または２記載の非接触給電システム。
【請求項４】 前記奇数倍の高調波成分は第３次高調波成分であることを特徴とする請求項３記載の非接触給電システム。
【請求項５】 前記電力変換回路は、第２のコイルの出力を半波整流する回路を備え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給電システム。
【請求項６】 前記信号受信回路は、前記入力信号コイルに接続した共振コンデンサを備え、前記高調波成分の周波数に共振す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給電システム。
【請求項７】 前記入力信号コイルは、差動接続した第４のコイルと第５のコイルとからなることを特徴とする請求項１乃至６いずれか記載の非接触給電システム。
【請求項８】 前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を要求する場合に、前記信号発生装置の出力が大きくなることを特徴とする請求項１乃至７いずれか記載の非接触給電システム。
【請求項９】 前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合に、前記２次側制御回路は前記信号発生装置の出力を低減させ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給電システム。
【請求項１０】 前記非接触給電装置が単独で存在する場合に、前記高周波インバータ回路は間欠発振を行う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給電システム。
【請求項１１】 前記高周波インバータ回路は、発振用スイッチング素子と、発振用スイッチング素子の制御端をグランドレベルに接続する自励制御用スイッチング素子とを備えて自励発振を行い、前記インバータ制御回路は、前記自励制御用スイッチング素子の発振を間欠に停止させることで前記発振用スイッチング素子の発振動作を間欠停止させる強制停止回路と、前記入力信号コイルの出力でオンすることにより前記強制停止回路の間欠停止動作を停止させる発振切替用スイッチング素子とを備え、前記非接触給電装置が単独である場合、前記入力信号コイルの出力電圧は前記発振切替用スイッチング素子がオフとなる電圧に維持され、前記強制停止回路が動作して前記発振用スイッチング素子の発振動作を間欠発振に制御し、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を要求する場合、前記信号発生装置は、前記発振用スイッチング素子の発振動作が間欠発振である期間に発生した前記非接触給電装置及び非接触受電装置内の磁場、磁束、あるいは前記非接触受電装置内の電圧または電流情報から取り出した前記高調波成分の周波数の信号で第３のコイルを励磁し、第３のコイルと概略、対向配置されて、第３のコイルで発生した磁束を検出する前記入力信号コイルの出力電圧は前記発振切替用スイッチング素子がオンとなる電圧になり、前記強制停止回路が動作を停止して前記発振用スイッチング素子の発振動作を連続発振に制御し、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合、前記信号発生装置は、前記高調波成分の周波数の信号を低減させて第３のコイルの励磁を抑制し、前記入力信号コイルの出力電圧は前記発振切替用スイッチング素子がオフとなる電圧になり、前記強制停止回路が動作して前記発振用スイッチング素子の発振動作を間欠発振に制御することを特徴とする請求項２乃至１０いずれか記載の非接触給電システム。
【請求項１２】 前記非接触受電装置は、第３のコイルとコンデンサとからなる共振回路の少なくとも一部を短絡または開放する補助スイッチング素子を備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合に、前記２次側制御回路は、前記補助スイッチング素子を動作させて、前記信号発生装置の共振回路が発生する信号の周波数、振幅、波形のうち少なくとも１つを給電を必要とする場合の周波数、振幅、波形に対して変化させて、前記入力信号コイルは前記信号発生装置が発生した信号を検出し、前記インバータ制御回路は前記入力信号コイルが検出した信号に基づいて前記高周波インバータ回路を制御して、前記非接触給電装置から前記非接触受電装置への給電を低減させることを特徴とする請求項２乃至１１いずれか記載の非接触給電システム。
【請求項１３】 前記非接触受電装置は、前記信号発生装置以外の内部回路の少なくとも一部を短絡または開放する補助スイッチング素子を備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合に、前記２次側制御回路は、前記補助スイッチング素子を動作させて、前記信号発生装置の共振回路が発生する信号の周波数、振幅、波形のうち少なくとも１つを、給電を必要とする場合の周波数、振幅、波形に対して変化させて、前記入力信号コイルは前記信号発生装置が発生した信号を検出し、前記インバータ制御回路は前記入力信号コイルが検出した信号に基づいて前記高周波インバータ回路を制御して、前記非接触給電装置から前記非接触受電装置への給電を低減させることを特徴とする請求項２乃至１１いずれか記載の非接触給電システム。
【請求項１４】 前記非接触受電装置は、第１のコイルが発生する磁束の少なくとも一部が鎖交する補助コイルと、前記補助コイルを短絡または開放する補助スイッチング素子とを備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合に、前記２次側制御回路は、前記補助スイッチング素子を動作させて、前記信号発生装置の共振回路が発生する信号の周波数、振幅のうち少なくとも１つを給電を必要とする場合の周波数、振幅に対して小さくすることを特徴とする請求項１３記載の非接触給電システム。
【請求項１５】 前記信号発生装置は、第３のコイルとコンデンサとを並列接続した共振回路からなり、前記並列回路の両端間にダイオードと補助スイッチング素子との直列回路を備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合は、前記２次側制御回路が前記補助スイッチング素子をオンさせて、第３のコイルの励磁を抑制することを特徴とする請求項１２記載の非接触給電システム。
【請求項１６】 前記非接触受電装置は、第２のコイルを短絡または開放する補助スイッチング素子を備え、前記非接触給電装置に前記非接触受電装置が概略、対向配置されて、前記非接触受電装置が給電を拒否する場合は、前記２次側制御回路は、前記補助スイッチング素子を動作させて、前記信号発生装置の共振回路が発生する信号の周波数、振幅のうち少なくとも１つを、給電を必要とする場合の周波数、振幅に対して小さくすることを特徴とする請求項１３記載の非接触給電システム。
【請求項１７】 前記補助スイッチング素子は一方向に導通する素子であることを特徴とする請求項１２乃至１６いずれか記載の非接触給電システム。
【請求項１８】 前記補助スイッチング素子に直列接続したコンデンサを備えることを特徴とする請求項１２乃至１７いずれか記載の非接触給電システム。
【請求項１９】 前記補助スイッチング素子に並列接続したコンデンサを備えることを特徴とする請求項１２乃至１７いずれか記載の非接触給電システム。
【請求項２０】 第２のコイルと第３のコイルとの磁気結合は疎結合であることを特徴とする請求項１乃至１９いずれか記載の非接触給電システム。
【請求項２１】 前記入力信号コイルの出力部に、前記高調波成分の周波数と同じ周波数帯域を検出するフィルタを備えたことを特徴とする請求項１乃至２０いずれか記載の非接触給電システム。
【請求項２２】 前記高周波インバータ回路は、第１のコイルの両端間に正弦波状の交番電圧を印加する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給電システム。
【請求項２３】 前記高周波インバータ回路は、発振用スイッチング素子と、前記発振用スイッチング素子または第１のコイルに並列接続した共振コンデンサとを備えた一石の電圧共振インバータであることを特徴とする請求項１乃至２２いずれか記載の非接触給電システム。
【請求項２４】 前記入力信号コイルを構成する差動接続した第４、第５のコイルと第１のコイルとの磁気結合は疎結合であり、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか一方と第３のコイルとの磁気結合度は、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか他方と第３のコイルとの磁気結合度より大きいことを特徴とする請求項７乃至２３いずれか記載の非接触給電システム。
【請求項２５】 第４，第５のコイルは第１のコイルに対し対称な位置に配置され、第３のコイルは、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか一方に対向して配置されることを特徴とする請求項２４記載の非接触給電システム。
【請求項２６】 非接触給電装置から非接触受電装置への給電が行われているとき、第２のコイルの両端電圧、コイル電流は歪んだ波形となり、前記信号発生装置は、第２のコイルの両端電圧、コイル電流に含まれる高調波成分を発生源とした信号を発生することを特徴とする請求項１記載の非接触給電システム。
【請求項２７】 前記入力信号コイルを構成する差動接続した第４、第５のコイルと第１のコイルとの磁気結合は疎結合であり、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか一方と第２のコイルとの磁気結合度は、第４のコイルと第５のコイルとのうちいずれか他方と第２のコイルとの磁気結合度より大きいことを特徴とする請求項２６記載の非接触給電システム。
【請求項２８】 前記信号発生装置は、前記高調波成分の周波数の共振周波数を有する第３のコイルとコンデンサとの共振回路による信号発生手段と、第２のコイルの両端電圧、コイル電流に含まれる高調波成分を発生源とした信号を発生する信号発生手段とを備えることを特徴とする請求項１乃至２７いずれか記載の非接触給電システム。
【請求項２９】 前記信号発生装置は、第３のコイルに直列接続したインダクタを備えることを特徴とする請求項１乃至２５、２８いずれか記載の非接触給電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１０】
【図１１】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１０】
【図１１】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００３−２８４２６４（Ｐ２００３−２８４２６４Ａ）
【公開日】平成１５年１０月３日（２００３．１０．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００２−８６２８９（Ｐ２００２−８６２８９）
【出願日】平成１４年３月２６日（２００２．３．２６）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１５年１０月３日（２００３．１０．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１４年３月２６日（２００２．３．２６）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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